低氣壓永磁無刷直流力矩電機物理場研究.pdf

1、無刷直流力矩電機作力矩電機的一種,既具有有刷直流力矩電機的結(jié)構(gòu)簡單,控制方便的特點,同時又因為是永磁體勵磁,磁能密度較大,體積較小,控制精度較高,因此在一些要求較高的場合例如吊艙、飛行平臺等工作在低氣壓環(huán)境下的系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　隨著無刷直流力矩電機的應(yīng)用越來越廣泛,對于無刷直流力矩電機的相關(guān)物理場的研究就顯得越來越重要。無刷直流力矩電機一般都具有較高的電磁負(fù)荷,因此造成損耗較大,使得電機的發(fā)熱比較嚴(yán)重。而力矩電機

2、轉(zhuǎn)速較低,則決定了損耗中主要為銅損耗。較小的體積和較大的輸出轉(zhuǎn)矩也決定了對轉(zhuǎn)子、軸承的機械強度要求較高。因此本文針對這些問題進行以下研究工作:
　　首先,針對給定的電壓、損耗、轉(zhuǎn)矩等設(shè)計指標(biāo),設(shè)計了無刷直流力矩電機的電磁結(jié)構(gòu)。用有限元的方法分析了電機在空載情況下的電磁場,并在方波和正弦波驅(qū)動兩種情況下的電機的額定工作情況的各項參數(shù)進行了仿真,對設(shè)計方案的可行性進行了探討
　　其次,由于電機是要在脫離地面的環(huán)境下工作,因此電機

3、的減重問題就很重要,針對這個問題電機的轉(zhuǎn)子被設(shè)計成了中空的特殊結(jié)構(gòu),便于和其他機械配件相連接,可以使整個機械系統(tǒng)的體積大大減小。但是對于這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)則必須考慮其能夠承受的機械強度,由于力矩電機本身的輸出力矩較大,因此轉(zhuǎn)子承受的力也較大,需要對轉(zhuǎn)子的應(yīng)力場進行計算并進行強度校核。根據(jù)應(yīng)力的計算結(jié)果,再對電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進行相關(guān)的優(yōu)化,對轉(zhuǎn)子各個部分進行減重,使轉(zhuǎn)子的設(shè)計最優(yōu)化。
　　再次,針對電機的電磁負(fù)荷較高,對電機在額定工作狀態(tài)下

4、的穩(wěn)態(tài)溫度場進行了計算,包括電機在空氣中的溫度場和真空中的溫度場。分別建立了電機在空氣中和真空中的溫度場的有限元仿真模型,得出損耗的基礎(chǔ)上,對電機的穩(wěn)定溫升進行計算,根據(jù)得到的結(jié)果和電機各部分的材料特性探討電機是否可以在實際的工作環(huán)境下正常運行。
　　最后,在制造出電機樣機后,對電機的電磁性能和溫度場分布進行了實驗,以驗證仿真的結(jié)果是否正確。根據(jù)實驗得出的數(shù)據(jù)可以對電機的實際運行數(shù)據(jù),既有利于電機進行下一輪的優(yōu)化,又為以后的電機設(shè)