磁懸浮陀螺飛輪(MSFW)用無(wú)刷直流電機(jī)(BLDCM)采用杯型定子代替?zhèn)鹘y(tǒng)定子鐵心,消除了傳統(tǒng)定子鐵心在電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的渦流損耗和齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。現(xiàn)有磁懸浮陀螺飛輪用無(wú)定子鐵心無(wú)刷直流電機(jī)采用單圈磁鋼方案。通過(guò)定量分析可知其等效氣隙磁密波形平頂寬度較窄,等效氣隙磁密幅值較小,導(dǎo)致電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較小,轉(zhuǎn)矩精度較低。為克服上述缺點(diǎn),本文提出一種無(wú)定子鐵心雙圈磁鋼結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)例設(shè)計(jì)。本文具體工作如下:(1)介紹無(wú)定子鐵心無(wú)刷直流電機(jī)磁路設(shè)計(jì)原理,引入用于定量分析無(wú)定子鐵心無(wú)刷直流電機(jī)氣隙磁密分布特性的等效極弧系數(shù)和等效漏磁系數(shù)概念及具體計(jì)算方法。(2)運(yùn)用等效漏磁系數(shù)和等效漏磁系數(shù)的概念對(duì)兩種電機(jī)方案的氣隙磁密分布特性進(jìn)行定量分析,得到相同厚度的雙圈磁鋼結(jié)構(gòu)較單圈磁鋼結(jié)構(gòu)獲得的等效氣隙磁密磁密波形平頂寬度更寬,氣隙磁密幅值更大,由此引出本文的研究重點(diǎn)為無(wú)定子鐵心雙圈磁鋼方案無(wú)刷直流電機(jī)。(3)在恒定磁場(chǎng)基本理論的基礎(chǔ)上引出用于電機(jī)氣隙磁場(chǎng)解析計(jì)算的等效面電流原理。并基于等效面電流原理建立單、雙圈磁鋼方案氣隙磁密數(shù)學(xué)模型,得到影響氣隙磁密分布的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)采用有限元法軟件對(duì)比分析單、雙圈磁鋼方案的等效氣隙磁密波形隨磁鋼結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。進(jìn)一步驗(yàn)證雙圈磁鋼方案較單圈磁鋼方案具有更好的氣隙磁密特性。(5)為進(jìn)一步改善電機(jī)氣隙磁密分布特性,本文在雙圈磁鋼方案的基礎(chǔ)上又提出一種雙圈非等厚磁鋼方案,并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)實(shí)例設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果表明,等效極弧系數(shù)和等效氣隙磁密幅值由單圈的0.76和0.45T增大到0.847和0.463T增幅分別為11.5%和2.9%。改進(jìn)后的雙圈磁鋼方案BLDCM可有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)MSCSG轉(zhuǎn)子的高速驅(qū)動(dòng)和精確變速。
【學(xué)位單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM33;TH133.7
【部分圖文】：

北京石油化工學(xué)院專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文260nv p (1-3中τ為極距，p 為磁鋼的極對(duì)數(shù)。將式（1-3）帶入式（1-2）可得：15nwplE B (1-4中相繞組匝數(shù) w，導(dǎo)通切割磁感線的長(zhǎng)度 l，磁鋼的極對(duì)數(shù) p 為定值，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 n變時(shí)，由式（1-4）可知，相繞組獲得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形和氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bδ的波之間為比例關(guān)系，保證了氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bδ的波形平低寬度大于 120o電角度就間保證了反電動(dòng)勢(shì)波形的平低寬度。因此為減小非理想反電動(dòng)勢(shì)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在流無(wú)刷電機(jī)電磁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量拓寬氣隙磁密波形平頂寬度。

傳統(tǒng)無(wú)刷直流電機(jī)分為表貼式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)兩種[41]，分別如圖2-2(a)和圖 2-2(b)所示。從圖中可以看出，傳統(tǒng)無(wú)刷直流電機(jī)的定子由定子鐵心和電樞繞組組成，定子繞組嵌繞在定子鐵心的齒槽內(nèi)。由于定子鐵心的存在，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在定子鐵心中產(chǎn)生很大的渦流損耗[41]，從而大大增加了電機(jī)的功耗。同時(shí)，由于齒槽的存在，會(huì)使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩和齒諧波，從而會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和損耗，所以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無(wú)刷直流電機(jī)不適合作為磁懸浮陀螺飛輪等具有高轉(zhuǎn)速的空間飛行器的驅(qū)動(dòng)部件。

圖 2-4 杯型定子實(shí)物圖Fig.2-4 Physical map of cup stator機(jī)工作原理電動(dòng)勢(shì)為梯形波，所以其定子繞組通中繞組 A、B、C 的末端分別與逆變器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子三相繞組關(guān)斷，進(jìn)而控制三相繞組中的電流交替一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2821890