【摘要】：永磁電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,效率高,形狀尺寸多樣,運(yùn)行性能好等優(yōu)點(diǎn)在航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。雖然永磁電機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多,但是由于其本身物理結(jié)構(gòu)的原因會(huì)產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩,引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,當(dāng)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí),振動(dòng)和噪聲將會(huì)被放大,同時(shí)對(duì)變速驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)矩有非常重要的意義。本文的目的在于在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中,削弱齒槽轉(zhuǎn)矩,減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),以精確計(jì)算電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。本文的研究工作主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一、考慮齒槽影響下的永磁電機(jī)磁場(chǎng)的解析建模。本文以表貼式永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象,利用精確子區(qū)域方法,對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了解析建模。該精確子域模型在二維平面將電機(jī)劃分為永磁體、氣隙、槽口和定子槽4個(gè)區(qū)域,在各個(gè)區(qū)域結(jié)合邊界條件求解拉普拉斯或柏松方程,得到氣隙磁密,進(jìn)而根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力法,求解空載和負(fù)載情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩。然后,本文以一臺(tái)14極12槽永磁同步電機(jī)為樣機(jī)模型,利用Ansoft Maxwell軟件進(jìn)行了仿真分析,通過(guò)比較解析法和仿真結(jié)果,驗(yàn)證了解析模型的準(zhǔn)確性。同時(shí),研究齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn),造成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的主因是齒槽轉(zhuǎn)矩。二、削弱齒槽轉(zhuǎn)矩方法研究。詳細(xì)闡述了齒槽轉(zhuǎn)矩的成因,利用能量法和傅里葉級(jí)數(shù)法推導(dǎo)了計(jì)算齒槽轉(zhuǎn)矩的公式,并從解析公式出發(fā),發(fā)現(xiàn)影響齒槽轉(zhuǎn)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(guān)系。同時(shí),通過(guò)理論推導(dǎo),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(jī)參數(shù)以削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。最后,利用Ansoft Maxwell軟件針對(duì)不同槽口寬度的選擇、改變電機(jī)極弧系數(shù)、齒靴深度以及定子是否斜槽四個(gè)方面對(duì)樣機(jī)模型進(jìn)行有限元分析,驗(yàn)證了合理選取電機(jī)參數(shù)可以減小齒槽轉(zhuǎn)矩。削弱齒槽轉(zhuǎn)矩,可以減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng),并有利于電磁轉(zhuǎn)矩的精確計(jì)算。
【圖文】：

可以分為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)式永磁電機(jī)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)式永磁電機(jī)，圖 1.1 為兩機(jī)的對(duì)比圖。外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的電樞鐵芯的直徑可以設(shè)計(jì)的很大，而動(dòng)慣量比其他結(jié)構(gòu)的電機(jī)大，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和輸出功率，適合應(yīng)用梯驅(qū)動(dòng)[8-11]；按永磁電機(jī)是否裝有起動(dòng)繞組，，可以分為異步起動(dòng)永磁同步電有起動(dòng)繞組）和調(diào)速永磁同步電機(jī)（無(wú)起動(dòng)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(jī)和矩形波永磁同步電機(jī)。按照永磁體在轉(zhuǎn)定子位置的不同，可以分為旋轉(zhuǎn)磁極式永磁電機(jī)（永磁體在轉(zhuǎn)子上）和旋樞式永磁電機(jī)。一般情況下，永磁同步電機(jī)會(huì)采用旋轉(zhuǎn)磁極式永磁同步電不做說(shuō)明的情況下，本文亦采用這種結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，這種電機(jī)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(jī)；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(jī)和混合式永磁同步電機(jī),混合式的結(jié)構(gòu)可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，結(jié)合各種的優(yōu)勢(shì)提高電機(jī)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(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)。其中，瓦片型永磁同步電機(jī)由于氣隙磁其他結(jié)構(gòu)的電機(jī)較高得到了廣泛的應(yīng)用。

(a)外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)剖面圖 (b)內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)剖面圖圖 1.1 內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)剖面圖1.2.2 永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 為一臺(tái)內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的橫截面示意圖，從該示意圖可以發(fā)現(xiàn)永磁電機(jī)的組成部分主要有定子、轉(zhuǎn)子和電機(jī)端蓋。永磁同步電機(jī)的定子鐵芯結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電機(jī)非常相似，可以通過(guò)采用 0.5mm 的硅鋼片疊壓結(jié)構(gòu)來(lái)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的鐵耗。轉(zhuǎn)子鐵芯既可以選擇使用疊片結(jié)構(gòu)，也可以使用實(shí)心的結(jié)構(gòu)。電機(jī)的定子槽采用半開(kāi)口槽，當(dāng)采用斜槽時(shí)，可以有效的消除齒槽轉(zhuǎn)矩和齒諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM341

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本文編號(hào)：2622265