分數(shù)槽集中繞組永磁力矩電機的研究與設計.pdf

1、分數(shù)槽集中繞組永磁電機由于轉(zhuǎn)矩密度高、弱磁性能好、齒槽轉(zhuǎn)矩小和效率高等優(yōu)點成為國內(nèi)外研究的一個熱點并被廣泛的用于航空航天、電動汽車、艦船推進等諸多領域。本文以機載雷達伺服系統(tǒng)中所使用的分數(shù)槽集中繞組永磁力矩電機為研究對象，由于其應用場合的特殊性對電機設計提出以下要求：首先，由于機載設備安裝空間和重量的限制，要求電機具有較高的轉(zhuǎn)矩密度；另一方面，為保證雷達伺服系統(tǒng)在各種狀況下能實現(xiàn)目標的精確跟蹤，就要求對電機本身引起的轉(zhuǎn)矩脈動加以抑制。<

2、br>　　本文針對分數(shù)槽集中繞組電機的應用場合與設計要求，主要做了以下幾方面研究。與整數(shù)槽分布式繞組電機相比，分數(shù)槽集中繞組電機的最大特點之一是其繞組磁場除含有主磁場以及奇數(shù)次諧波磁場之外，還存在分數(shù)次諧波磁場，氣隙磁場空間分布和變化規(guī)律十分復雜。本文通過解析法推導出了繞組磁場空間分布解析表達式，并由此計算出分數(shù)槽集中繞組電機繞組磁場諧波頻譜，分析了主磁場、奇數(shù)次和分數(shù)次諧波磁場對電機電磁轉(zhuǎn)矩的影響?；谠摲椒ㄓ嬎懔瞬煌@組形式下氣隙磁

3、場諧波頻譜以及電感組成，得出了電機電感值與繞組形式的變化規(guī)律，對不同極槽組合下電機的弱磁調(diào)速性能進行了對比。力矩電機本身所引起的轉(zhuǎn)矩脈動會使伺服系統(tǒng)定位精度下降，因此必須對電機轉(zhuǎn)矩脈動加以抑制。通過解析建模分別對紋波轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩兩類轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生機理進行了分析，研究結果表明通過優(yōu)化電機的繞組結構、極槽數(shù)、極弧系數(shù)，能夠有效削弱電機的轉(zhuǎn)矩脈動。由于電機輸出轉(zhuǎn)矩、重量、效率、溫升等各諸多限制條件以及各電機參數(shù)之間復雜的耦合關系，電機的參數(shù)

4、設計是電機設計的一個難點。本文通過磁路法特點建立了分數(shù)槽集中繞組電機的解析模型，通過該模型詳細地分析了電機極對數(shù)、長徑比、齒寬系數(shù)和裂比變化對轉(zhuǎn)矩、重量和損耗等方面的影響，并由此總結了相關參數(shù)的設計方法和參數(shù)的選取范圍。為了驗證本文所提出分析結論和設計方法的正確和有效性，設計并加工了一臺45槽38極分數(shù)槽集中繞組永磁力矩電機，樣機額定轉(zhuǎn)速為50rpm，輸出轉(zhuǎn)矩可達40N·m，電磁部分重量約為8.1kg?；趯嶒炇椰F(xiàn)有的測功機平臺和伺服電