表贴式永磁无刷电机气隙磁场半解析法研究

摘要

永磁无刷电机气隙磁场直接关系到定转子之间电磁能量的传递，其精确计算是分析电机运行性能的重要基础和保证。本文采用半解析法分析和计算表贴式永磁无刷电机的气隙磁场，分别建立了标量磁位和矢量磁位半解析法的数学模型。电机磁场求解区域划分为气隙区域和定子开槽区域，气隙区域磁场用解析法求解，开槽区域磁场用差分法求解。两个区域有相互重叠部分，其中的计算结果可互为边界条件，通过解析法和差分法的迭代求解最终获得开槽时电机气隙磁场的计算结果。本文采用标量磁位半解析法分析了一台整数槽电机的空载气隙磁场，用标量磁位解析法计算气隙区域内的磁场分布，根据解析法的结果获得槽口对应边界的磁位分布，代入差分方程计算得整个槽域的磁位分布。然后取出一个整周期的定子表面槽口的磁位分布，利用曲线拟合技术获得磁位函数，作为下一次解析分析新的边界条件。整个过程经过5次迭代达到精度要求后，取得最后的结果。利用计算出的切向与径向磁密计算齿槽定位转矩，将计算结果与纯有限元法计算结果比较，两者非常吻合，充分肯定了标量磁位半解析法在计算整数槽电机气隙磁场的计算精度。当用标量磁位半解析法分析分数槽电机时，拟合后的气隙表面标量磁位函数中端点磁位出现了较大的偏差，以至于计算出的磁密值与有限元相比误差较大，其计算精度难以保证。 为此，本文采用了矢量磁位半解析法，建立了气隙区域磁场的矢量磁位解析表达式。针对电机空载气隙磁场进行分析，分析中发现该方法省去了繁琐的迭代过程，并且计算结果与有限元法相比比较吻合，能正确反映整数槽和分数槽永磁无刷电机的气隙磁场分布。使用矢量磁位将对计算磁链、感应电势电磁转矩乃至动态过程计算提供了极大的方便。最后本文利用矢量位半解析法分析了电枢反应气隙磁场，实例计算结果与有限元法计算结果吻合，验证了方法的正确性。本文从电磁场基本理论出发，采用矢量位半解析法建立了比较完整的理论分析模型和计算方法，并通过计算实例验证其正确性和有效性。因此，本方法对于现代电机设计和分析具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1永磁电机的发展及研究背景

1.2电机设计计算方法的发展

1.3本文的研究工作

1.4本文的特点

第二章永磁无刷电机极槽配合分析

2.1分数槽极槽配合分析的意义

2.2永磁无刷直流电机极槽配合以及绕组设计规律

2.2.1整数槽无刷直流电机极槽配合以及绕组因数的计算

2.2.2整数槽绕组因数的分析

2.2.3分数槽极槽配合分析

2.2.4分数槽绕组的特征与对称条件

2.2.5 y=1分数槽单节距绕组电机的分析

2.2.6分数槽绕组极槽配合的分析

2.2.7分数槽绕组因数的确定

2.2.8分数槽高次谐波电势的绕组因数的分析

2.2.9对于分数槽齿谐波电势的分析

2.3本章小结

第三章 永磁无刷电机气隙磁场标量磁位半解析法分析

3.1空载气隙磁场分析的重要性

3.2永磁无刷直流电机空载磁场标量磁位的分析

3.2.1标量磁位半解析法的模型

3.2.2求解区域划分

3.2.3未开槽时解析计算

3.2.4标量磁位整数槽无刷直流电机半解析法的数学模型

3.2.5差分法模型

3.2.6整数槽电机实例磁密计算

3.2.7整数槽电机定位转矩计算

3.2.8分数槽电机气隙磁场解析表达式

3.2.9分数槽电机计算实例

3.3本章小结

第四章表贴式永磁无刷电机气隙磁场矢量磁位半解析法分析

4.1空载气隙磁场矢量磁位半解析法分析意义

4.2空载气隙磁场矢量磁位分析模型

4.2.1求解区域划分

4.2.2空载气隙磁场矢量磁位解析表达式

4.2.3差分法模型

4.2.4矢量磁位半解析法整数槽实例分析

4.2.5矢量磁位半解析法分数槽的分析

4.3本章小结

第五章负载磁场计算

5.1负载磁场计算的意义及其方法

5.2电枢反应矢量磁位半解析法的分析

5.2.1电枢反应气隙磁场解析表达式

5.2.2未开槽的电枢反应磁场的解析计算

5.2.3开槽槽域磁场差分法分析

5.2.4计算实例

5.3负载磁场分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢