自动门用永磁无刷直流电机设计的研究

摘要

随着日常生活自动化程度的逐渐提高，自动门的使用越来越广泛。无刷直流电机作为自动门系统的关键部分，必须具备功率密度高、响应速度快、价格低廉等优点。而随着无刷直流电机的功率密度越来越高，电机内部的磁场分布越来越复杂，磁路结构越来越丰富，采用传统的磁路计算法进行电磁设计已不再适用。同时，随着计算机技术的迅速发展和各种数值方法的兴起，目前正逐步形成以电磁场数值计算为基础的电机设计方法。本论文针对自动门用永磁无刷直流电机的电磁设计方法进行了研究。 首先，本文从电磁设计入手，对比分析了无刷直流电机的两类电磁设计方法：等效磁路法和电磁场有限元法的优缺点，给出了自动门用无刷直流电机的设计方法：场路结合法。并结合实际问题，参考永磁直流电机电磁设计，分析了永磁直流电机的设计共性，针对自动门用无刷直流电机的特性进行了设计尝试。 其次，本文利用MATLAB程序语言，将手工计算的过程编制成为电机设计CAD程序，使用了拟合和插值等多种数值计算方法，使得计算的过程更加的方便、快捷；充分发挥了计算机的特点，使之能够用来指导电机设计方案的快速优化和提高设计精度。 再次，以磁路CAD程序设计的结果为参考，利用有限元磁场分析软件Maxwel1．12对磁路方案进行了校正，通过基于场路耦合的计算方法，可以尽乎精确地计算电机瞬态性能参数，并通过不断地调整设计值，得到一个相对满意的电磁设计方案。 最后本文通过对比分析样机的实验数据和场路结合法的设计结果，验证了场路结合法在自动门用无刷直流电机电磁设计中的优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究意义和目的

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容以及论文结构

第二章无刷直流电机电磁方案的设计

2.1无刷直流电机的基本结构及工作原理

2.2无刷直流电机的电磁设计方法

2.2.1等效磁路法

2.2.2电磁场有限元法

2.2.3场路结合法

2.3自动门用无刷直流电机的电磁计算

2.3.1额定数据和技术要求

2.3.2主要尺寸及永磁体尺寸

2.3.3电枢绕组形式与定子的槽配合

2.3.4永磁体的设计

2.3.5定子槽型

2.3.6磁路计算

2.3.7性能计算

2.4本章小结

第三章无刷直流电机CAD技术的研究

3.1电机CAD电磁计算模块

3.2程序中曲线与表的处理

3.2.1插值法

3.2.2拟合法

3.3程序中死循环程序处理

3.4电磁设计迭代程序的编制

3.4.1电磁设计总体流程图

3.4.2永磁体空载工作点的迭代计算

3.5磁极结构形状和结构尺寸的局部优化

3.6自动门用无刷直流电机的CAD设计结果

3.7本章小结

第四章 基于Ansoft的无刷直流电机有限元分析

4.1无刷直流电机的建模

4.1.1永磁无刷直流电机的几何模型的建立

4.1.2编辑设定材料特性

4.1.3边界条件和电源的建立

4.1.4划分网格

4.1.5求解过程

4.2场路结合设计

4.3自动门用无刷直流电机性能分析

4.3.1基于Maxwell的电机静磁场分析

4.3.2基于Maxwell的电机空载起动过程分析

4.3.3基于Maxwell的电机满载起动过程分析

4.3.4基于Maxwell的电机稳定运行过程中的瞬态分析(n=3600rpm)

4.4电机电枢反应的对比影响分析

4.5本章小节

第五章 自动门用无刷直流电机的样机测试

5.1样机实验验证

5.1.1实验装置

5.1.2实验方法

5.2实验结果及验证

5.3本章小结

第六章全文总结

6.1主要研究内容及成果

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录 电机电磁设计CAD部分源程序

攻读硕士期间发表论文