永磁无刷直流电机二维气隙磁场半解析法研究

摘要

本文采用半解析法计算永磁无刷直流电机二维气隙磁场。用解析法计算电机气隙区域内的磁场分布，用差分法计算槽域磁场。数学模型建立以后，差分方程和解析表达式整合是整体方程的关键。其中解析法和差分法是通过以下方式整合在一起的：从最近一次解析法的计算结果中取出槽域对应边界的磁位分布，将该边界条件代入差分方程，计算得到整个槽域的磁位分布；然后根据差分计算结果，取出一个周期的定子表面r=R<,s>槽口的磁位分布，采用线性插值法将离散的磁位分布点联结成为连续的磁位函数，作为下一次解析分析新的边界条件。整个过程经过几次迭代达到精度要求后，取得最后的结果。将计算结果与纯有限元法用自适应网格剖分技术经过网格精细剖分后的计算结果比较，两者非常吻合，充分肯定了半解析法的计算精度。 目前解析法的齿槽效应是建立在无限深单槽模型基础上的，槽电流简化成槽口面电流，与实际的情况有所出入；且齿槽效应引入相对磁导函数，其中磁场的切向分量被湮没。半解析法就是为进一步地精确分析齿槽效应对气隙磁场的影响，在解析法的基础上引入了差分法。半解析法在电机的实际尺寸下计算槽域中的磁位分布，并能准确的定量计算气隙磁密的切向分布，提高了计算精度。在计算的过程中转子可以灵活转动。 应用半解析法，转子自由转动的情况下，准确地计算电机气隙磁场，并将结果用函数解析式表示，直观地反映了电机参数与磁场分布的关系。为电机感应电动势、电磁转矩乃至动态过程计算提供了极大的方便。本文从电磁场基本理论出发，采用半解析法建立了比较完整的理论分析模型和计算方法，并通过计算实例电机验证其正确性和有效性。因此该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课题的研究背景和意义

1.1.1永磁无刷直流电机的发展

1.1.2电磁场计算的重要性

1.1.3现有的电磁场计算方法

1.2本文的研究工作

1.2.1 研究的内容

1.3本文的特点

第二章永磁无刷直流电动机的工作原理

2.1 永磁无刷直流电动机的工作原理

2.2本课题的实例

第三章空载气隙磁场分析

3.1 空载气隙磁场分析的重要性和研究背景

3.2半解析法模型

3.2.1未开槽时解析计算

3.2.2开槽后差分计算

3.2.3差分和解析新一轮的结合

3.2.4结果分析

3.3本章小结

第四章电枢反应磁场分析

4.1电枢反应的研究背景

4.2电枢反应半解析法模型

4.2.1未开槽的电枢反应磁场的解析计算

4.2.2开槽后电枢反应半解析法中的差分计算

4.2.3半解析法中差分法和解析法的结合

第五章负载磁场计算和转矩计算

5.1计算负载磁场

5.2转矩计算的意义和电磁转矩的基本求法

5.2.1齿槽定位转矩

5.2.2电磁转矩的求取

5.3本章小结

第六章精度问题

第七章总结

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢