环形绕组结构直线永磁同步电机的研究

摘要

本文提出了一种采用新型次级结构的环形绕组直线永磁同步电机方案,其动子质量轻加速度高,同时环形绕组便于分段通电和分段控制,适用于电磁推进领域。本文分别通过解析计算、有限元分析和实验测试三种方法对该电机进行研究,为该新结构电机的实际应用奠定基础。
　　首先,运用傅立叶分解方法对环形绕组结构直线永磁同步电机进行了解析计算,分析该电机的磁场分布特点,确定了电机磁路结构,建立磁场泊松方程,考虑电机的齿槽效应,进而得到磁密分布函数。
　　其次,对电机的电磁参数进行分析计算,推导电机绕组因数、电阻、电感以及反电动势等具体表达式,其中由于环形绕组结构的特殊性,重点分析了电机的各类电感。进一步建立电机dq轴数学模型,研究电机运行的动态特性。
　　再次,建立电机有限元分析模型,优化电机磁极结构以减小端部效应,优化电机的主要结构参数以提高电机推力特性,进一步考虑采用斜极结构对电机推力特性的影响,验证解析计算结果。按照优化数据加工样机,进行实验,测得相关实验数据,验证有限元分析结果。
　　在本文的最后,运用有限元计算的方法将该采用新型次级结构的环形绕组直线永磁同步电机与采用传统次级结构的环形绕组直线永磁同步电机进行对比分析,考虑电流以及动子偏心对两种电机推力特性的影响,分析该新结构电机的优势。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 高加速度直线电机的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 环形绕组结构直线永磁同步电机的解析分析

2.1 引言

2.2 环形绕组结构直线永磁同步电机的磁路结构

2.3 环形绕组结构直线永磁同步电机的磁场分析模型

2.4 永磁体单独作用的磁场分析

2.5 电枢单独作用的磁场分析

2.6 齿槽效应对电机磁场分布的影响

2.7 本章小结

第3章 环形绕组结构直线永磁同步电机的参数分析

3.1 引言

3.2 电机电阻的分析

3.3 电机绕组因数的分析

3.4 电机电抗的分析

3.5 电机感应电动势的分析

3.6 电机数学模型的建立

3.7 本章小结

第4章 环形绕组结构直线永磁同步电机的优化

4.1 引言

4.2 电机有限元模型的建立

4.3 电机磁极结构的优化

4.4 电机结构参数的优化

4.5 斜极结构对电机推力特性的影响

4.6 样机的实验测试

4.7 本章小结

第5章 两种环形绕组直线永磁同步电机的对比分析

5.1 引言

5.2 有限元分析模型的建立

5.3 两种电机推力特性的对比分析

5.4 两种电机模型法向力的对比分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢