基于有限元法的12/8极双凸极永磁电机的静态特性分析

摘要

随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的进步以及高性能永磁材料的出现，电工学科近年来继开关磁阻以后又出现了一个全新的研究方向--双凸极永磁电机(DSPM)，由于开关磁阻电机具有一定的缺陷，即SR电机只有在绕组电感随转子位置角增大时给绕组通电才能够产生正转矩，因而，一个极距范围内可用来产生转矩的2个区域，只有其中一个得到利用，运行效率和材料利用率相对较低。与开关磁阻电机相同，DSPM电机需根据转子位置，控制定子绕组电流的通与断，而产生电动转矩，即在磁链增加时绕组通入正电流；在磁链减小时绕组通入负电流；电机在正负拍均产生正向转矩，这使得DSPM电机的单位体积出力比开关磁阻电机成倍增加，双凸极永磁电机的定、转子极均为凸极结构，电机内存在着显著的边缘效应和高度的局部饱和现象，可选用二维有限元法对其磁场分布进行分析计算。 本文在对比开关磁组电机的基础上分析了一种新型双凸极电机的系统组成、结构特点，本文采用的是12/8极的拓扑结构，并运用有限元法对双凸极电机的静态特性进行了分析。着重分析了不同电枢电流和不同永磁体厚度下电机的静态特性。计算出电机转矩脉动随电枢电流和永磁体厚度的变化趋势，得到了电机转矩脉动最小条件下的结构参数，对双凸极电机的设计具有一定指导意义。 利用分析得出的结果，设计了功率为1kW的样机，为了检验样机的各项性能，根据双凸极永磁电机的数学模型和控制原理，在Matlab/Simulink中设计了样机的仿真模型，同时对电机的电流和转速，电流进行了仿真，验证了该样机动态响应快等优点。

目录

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第一章绪论

1.1双凸极电机的发展现状

1.2本课题研究的目的及课题的意义

1.3课题研究的主要内容

第二章双凸极永磁电机的结构和工作原理

2.1双凸极电机与开关磁阻电机的比较

2.2双凸极永磁电机系统组成及工作原理

2.2.1双凸极永磁电机的系统组成

2.2.2双凸极永磁电机的工作原理

2.3双凸极永磁电机的永磁材料

2.3.1永磁材料及其特性

2.3.2永磁材料的选择

第三章12/8极双凸极电机的静态特性分析

3.1 DSPM设计的基本结构要求

3.2 12/8极双凸极电机的有限元分析

3.2.1电磁场基本理论

3.2.2研究电机电磁场问题的基本方法

3.2.3 12/8极DSPM的有限元法剖分

3.3 12/8双凸极电机的静态特性分析

3.3.1 12/8极双凸极电机的磁力线和磁感应强度分布

3.3.2不同条件下电机的静态特性分析

3.3.3不同永磁体厚度下电机的转矩特性分析(3D)

第四章12/8 DSPM样机的设计

第五章12/8双凸极电机的实验仿真

5.1双凸极电机数学方程

5.2双凸极电机数学模型的建立

5.3双凸极电机控制系统的仿真结果与分析

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢