永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法研究.pdf

1、本文主要以分?jǐn)?shù)槽永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)為研究對象，深入研究轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的成因并提出一些新穎且實(shí)用的抑制方法。從電機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、制造工藝、實(shí)驗(yàn)測試等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在諸多方面有創(chuàng)新和完善。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴闡述了研究背景和意義，介紹永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總結(jié)了削弱齒槽轉(zhuǎn)矩和抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，分析了它們使用特點(diǎn)以及存在的問題，分析了模塊化定子結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)制造過程中存在的誤差。綜述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)方法，分析

2、它們在電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀、使用特點(diǎn)及存在的問題。⑵研究了引起永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的三種來源，齒槽轉(zhuǎn)矩、永磁諧波轉(zhuǎn)矩和磁阻諧波轉(zhuǎn)矩，分析其產(chǎn)生機(jī)理?；谀芰糠ㄍ茖?dǎo)了齒槽轉(zhuǎn)矩解析表達(dá)式；推導(dǎo)了永磁諧波轉(zhuǎn)矩和磁阻諧波轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。研究抵消法在削弱齒槽轉(zhuǎn)矩中應(yīng)用，包括系數(shù)抵消和直接轉(zhuǎn)矩抵消，推導(dǎo)了實(shí)現(xiàn)抵消的限制條件；研究抵消法在削弱瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩諧波的應(yīng)用。⑶研究削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。首先，分析主要設(shè)計(jì)參數(shù)對電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，總結(jié)了它們的取值特點(diǎn)并確

3、定影響主次順序，建立了基于實(shí)際制造水平的綜合實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)法的完整設(shè)計(jì)流程。接著，重點(diǎn)研究兩種不對稱 V型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)消弱內(nèi)置式永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，闡述設(shè)計(jì)原理并有限元驗(yàn)證，基于田口正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，對比分析了電機(jī)的主要性能，評估了旋轉(zhuǎn)方向的影響，樣機(jī)研制并實(shí)驗(yàn)測試。⑷研究抵消法在抑制內(nèi)置式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)中的應(yīng)用。采用不對稱轉(zhuǎn)子沖片構(gòu)成軸向兩段結(jié)構(gòu)抑制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，研究了三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括不對稱“一”型結(jié)構(gòu)、不對稱“V”型結(jié)構(gòu)、不

4、對稱“spoke”型結(jié)構(gòu)，并確定優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，采用有限元法計(jì)算并驗(yàn)證分析模型的合理性，并與分段斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行性能對比，研制了三種工程樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法。在軸向兩段式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研究整體式不對稱轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，涉及四分之一圓2極交替結(jié)構(gòu)和半圓4極交替結(jié)構(gòu)，分析轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，從氣隙磁密和齒槽轉(zhuǎn)矩兩方面分別分析抵消法實(shí)現(xiàn)的可行性，有限元預(yù)測了電機(jī)的主要轉(zhuǎn)矩特性，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的合理性。⑸研究了模塊化定子結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)的制

5、造誤差對電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。涉及7種制造誤差，分別為定子內(nèi)表面圓度誤差、定子槽口誤差、定子鐵心軸向彎曲、定子拼接處附加氣隙、永磁體偏移、轉(zhuǎn)子偏心、鐵心邊緣導(dǎo)磁性能變化。分析了它們的形成原因，構(gòu)建了基于國內(nèi)實(shí)際制造水平的統(tǒng)一有限元模型，有限元預(yù)測各種誤差模型的齒槽轉(zhuǎn)矩和瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，確定制造誤差的主次順序。設(shè)計(jì)了兩種裝配工裝用以改善制造誤差對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，樣機(jī)研制、實(shí)驗(yàn)測試，評估改進(jìn)工藝的效果。⑹研究了考慮制造誤差影響的電機(jī)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)。田口