永磁电机有限元时步法的研究与应用

摘要

随着永磁材料和电力电子技术的不断发展，永磁电机日益得到广泛应用，对它的研究与计算已成为现代电机工程领域的前沿课题。场路耦合有限元时步法作为目前最完善、最接近电机实际物理变化过程的数学模型在永磁电机性能分析方法中占有重要地位。本文从最基本的麦克斯韦方程出发，详细推导了二维场永磁电机有限元时步法模型，建立了比较完善的数学模型和计算方法，对永磁电机的设计与优化有着重要的意义。 全文共分六章，主要内容为：1.系统建立了永磁电机场路耦合时步法有限元模型。首先推导了永磁电机各区域对系数矩阵和右端向量的贡献，建立了基本代数方程组并介绍了该方程组的数值处理方法和程序中的几个典型问题的处理方法。 2.永磁电机的转子磁路结构复杂多样，在增加了永磁电机设计的灵活性的同时也增加了数值计算的复杂程度。以往用等效面电流法时需要在前处理时标定永磁体与其它媒质分界面，从而增加了工作量。本文在原有时步法程序的基础上对永磁体采用直接处理法，把永磁体直接体现在微分方程中。 3.时步法要求网格跟随实际转子运动，这时如果把速度项带进系数矩阵一起求解，将使微分方程难以离散和对称化。为此本文采用的办法是在运动区域中让节点编号和网格信息跟随运动，使运动区域中的电磁场方程与运动无关。本文给出了该处理过程的详细处理方法。 4.运用有限元时步法和转矩转速双闭环控制策略编制了一套适合于永磁无刷电机的动态仿真程序。对各相解耦永磁同步电机和轮毂式无刷直流电机的设计思想和动态性能作了分析和计算。 5.本文提出了一种工程上实用的永磁无刷电机偏心气隙的设计公式，并运用各相解耦永磁同步电动机的设计。计算和试验结果证明了该方法的正确性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

第二章永磁电机有限元时步法模型

第三章时步法与双闭环控制策略的结合

第四章计算实例与试验结果

第五章结论与展望

参考文献

附录

发表的学术论文和参与的科研项目

致谢