内置式交流永磁伺服电机的设计优化及实验研究

摘要

随着工业技术的发展，内置式永磁伺服电机有着越来越广阔的前景，但是与此同时对内置式永磁伺服电机的振动噪声、电磁性能等方面都提出了更高的要求。影响永磁伺服电机电磁振动及其性能的主要因素是电机的电磁力及本体结构。针对这种情况，本文利用有限元软件计算了永磁电机定转子受到的电磁力和内置式电机不同转子结构的电磁参数。
　　为了达到研究的目的，论文主要从以下几个方面进行了分析：
　　首先，分析了极槽配合与电机转子所受径向电磁力的关系：当极数与槽数的最大公约数不为1时，转子受到的径向电磁力合力为0。通过对电机定子齿上径向电磁力的频率分析，确定电机定子所受电磁力的极数与额定转速的乘积决定。所以为能够设计出可以避开定子齿固有谐振频率、削弱定子齿振动的极数与额定转速奠定了基础。
　　其次，利用有限元软件对“V”型内置式电机进行电磁计算，得到了气隙磁密、空载线反电势波形，同时也得到了不同激励下电机磁场分布。并且针对“V”型磁钢转子扇区的交轴磁路结构进行分析，发现可以通过增设辅助槽改变交轴电感，为电机参数的进一步优化提出了可行方案。
　　再次，分析了内置式永磁电机“V”型转子结构对电机性能的影响。研究了“V”型磁钢夹角与空载反电势正弦性的关系，发现由于磁路饱和在一定程度内磁钢夹角的增大会略微地增大空载反电势的三次谐波比例。同时分析了“V”型转子的隔磁磁桥长度与电机磁路参数的量化关系，为确定磁桥长度提供理论依据。辅助槽的位置影响永磁电机交直轴耦合，增设辅助槽可以减小电机的电枢反应，使电机转矩系数增大。为“V”型内置式电机转子的设计提供了有益的参考。
　　最后，对样机进行了空载与负载特性实验。测试了电机的性能，并与分析结果进行对比，验证了分析结果的正确性。
　　通过以上的分析研究及实验验证，论文为抑制永磁电机的电磁振动以及“V”型内置式永磁电机的设计提供了可行的方案与有益的参考。

目录

内置式交流永磁伺服电机的设计优化及实验研究

STUDY ON DESIGN AND TESTS OF INTERIOR PERMANENT MAGNET SERVO MOTORS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究的意义和目的

1.2 永磁电机电磁力的研究现状

1.2.1 电磁力的解析法分析

1.2.2 电磁力的数值法分析

1.3 交流永磁伺服电机概述

1.3.1 伺服系统的发展及现状

1.3.2 交流永磁伺服电机的发展及研究现状

1.4 论文的主要研究内容

第2章 电磁力对永磁伺服电机电磁振动的影响

2.1 引言

2.2 交流永磁伺服电机的电磁振动

2.2.1 电机电磁振动产生的原因

2.2.2 电机电磁振动的抑制方法

2.3 电机电磁力研究

2.3.1 电磁力的产生原理

2.3.2 电机电磁力的有限元计算

2.4 电磁力对表贴式电机振动的影响分析

2.4.1 转子受到的径向电磁力合力

2.4.2 作用在定子上的电磁力

2.5 电磁力对内置式电机振动的影响分析

2.5.1 转子受到的径向电磁力合力

2.5.2 定子受到的电磁力

2.6 本章小结

第3章 内置式交流永磁伺服电机磁场计算

3.1 引言

3.2 内置式永磁伺服电机的ANSOFT计算模型

3.3 内置式永磁伺服电机的磁场计算

3.4 内置式交流永磁伺服电机的电感计算

3.5 本章小结

第4章 内置式交流永磁伺服电机结构分析

4.1 引言

4.2 磁钢的设计

4.2.1 磁钢尺寸

4.2.2 磁钢形状及磁钢夹角

4.3 隔磁磁桥的设计

4.3.1 漏磁通的有限元计算

4.3.2 磁桥长度与漏磁通的关系

4.3.3 隔磁磁桥位置对电机空载磁路的影响

4.4 辅助槽的结构设计

4.4.1 辅助槽对电机转矩系数的影响

4.4.2 辅助槽对电机电枢反应的影响

4.5 本章小结

第5章 内置式交流永磁伺服电机的实验研究

5.1 引言

5.2 电机实验装置及测试系统

5.3 产品样机试验测试

5.3.1 电机空载实验

5.3.2 电机负载实验

5.4 研制样机阶段性试验测试

5.4.1 电机空载实验

5.4.2 电机负载实验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢