發(fā)布時間：2020-04-10 13:08

【摘要】：永磁電機由于其結構簡單,體積小,效率高,形狀尺寸多樣,運行性能好等優(yōu)點在航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等領域獲得了廣泛的應用。雖然永磁電機優(yōu)點很多,但是由于其本身物理結構的原因會產(chǎn)生齒槽轉矩,引起轉矩脈動,使電機產(chǎn)生振動和噪聲,當轉矩的脈動頻率與定子或轉子的機械共振頻率一致時,振動和噪聲將會被放大,同時對變速驅動和位置控制系統(tǒng)的性能造成影響。因此,研究如何削弱或者消除齒槽轉矩有非常重要的意義。本文的目的在于在電機設計過程中,削弱齒槽轉矩,減少轉矩脈動,以精確計算電機的電磁轉矩。本文的研究工作主要體現(xiàn)在以下兩個方面:一、考慮齒槽影響下的永磁電機磁場的解析建模。本文以表貼式永磁同步電機為研究對象,利用精確子區(qū)域方法,對電機的磁場和電磁轉矩進行了解析建模。該精確子域模型在二維平面將電機劃分為永磁體、氣隙、槽口和定子槽4個區(qū)域,在各個區(qū)域結合邊界條件求解拉普拉斯或柏松方程,得到氣隙磁密,進而根據(jù)麥克斯韋應力法,求解空載和負載情況下的齒槽轉矩和電磁轉矩。然后,本文以一臺14極12槽永磁同步電機為樣機模型,利用Ansoft Maxwell軟件進行了仿真分析,通過比較解析法和仿真結果,驗證了解析模型的準確性。同時,研究齒槽轉矩和電磁轉矩的仿真結果發(fā)現(xiàn),造成轉矩波動的主因是齒槽轉矩。二、削弱齒槽轉矩方法研究。詳細闡述了齒槽轉矩的成因,利用能量法和傅里葉級數(shù)法推導了計算齒槽轉矩的公式,并從解析公式出發(fā),發(fā)現(xiàn)影響齒槽轉矩的主要因素為氣隙磁密諧波以及定子齒與永磁體相互位置關系。同時,通過理論推導,從改變永磁體磁極參數(shù)和電樞參數(shù)的角度分析了如何優(yōu)化電機參數(shù)以削弱齒槽轉矩。最后,利用Ansoft Maxwell軟件針對不同槽口寬度的選擇、改變電機極弧系數(shù)、齒靴深度以及定子是否斜槽四個方面對樣機模型進行有限元分析,驗證了合理選取電機參數(shù)可以減小齒槽轉矩。削弱齒槽轉矩,可以減少轉矩波動,并有利于電磁轉矩的精確計算。
【圖文】：

可以分為內(nèi)轉子結構式永磁電機和外轉子結構式永磁電機，圖 1.1 為兩機的對比圖。外轉子永磁同步電機的電樞鐵芯的直徑可以設計的很大，而動慣量比其他結構的電機大，提高了電動機的效率和輸出功率，適合應用梯驅動[8-11]；按永磁電機是否裝有起動繞組，，可以分為異步起動永磁同步電有起動繞組）和調速永磁同步電機（無起動繞組）；按電樞繞組電流波形的，可以分為正弦波永磁同步電機和矩形波永磁同步電機。按照永磁體在轉定子位置的不同，可以分為旋轉磁極式永磁電機（永磁體在轉子上）和旋樞式永磁電機。一般情況下，永磁同步電機會采用旋轉磁極式永磁同步電不做說明的情況下，本文亦采用這種結構的永磁電機，這種電機的電樞在上，保持靜止。按照永磁體不同安裝的位置，可以分為內(nèi)置式永磁同步電表貼式永磁同步電機；按照一種或者多種永磁體磁極材料，可以分為單一磁同步電機和混合式永磁同步電機,混合式的結構可以取長補短，結合各種的優(yōu)勢提高電機的性能。按照永磁體磁極形狀的不同，可以分為瓦片型、和爪極式等結構的永磁同步電機。其中，瓦片型永磁同步電機由于氣隙磁其他結構的電機較高得到了廣泛的應用。

(a)外轉子永磁同步電機剖面圖 (b)內(nèi)轉子永磁同步電機剖面圖圖 1.1 內(nèi)轉子和外轉子永磁同步電機剖面圖1.2.2 永磁同步電機的基本結構如圖 1.2 為一臺內(nèi)轉子結構永磁同步電機的橫截面示意圖，從該示意圖可以發(fā)現(xiàn)永磁電機的組成部分主要有定子、轉子和電機端蓋。永磁同步電機的定子鐵芯結構與感應電機非常相似，可以通過采用 0.5mm 的硅鋼片疊壓結構來降低電動機運行時產(chǎn)生的鐵耗。轉子鐵芯既可以選擇使用疊片結構，也可以使用實心的結構。電機的定子槽采用半開口槽，當采用斜槽時，可以有效的消除齒槽轉矩和齒諧波感應電動勢。根據(jù)每極每相的槽數(shù)，電樞繞組可以分為整數(shù)槽和
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

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