轴向磁通磁场调制式永磁电机的研究

摘要

在很多工业应用领域，电气传动系统需要包含齿轮箱、离合器等机械变速机构，但是齿轮箱等机械装置的引入降低了系统的可靠性，增加了额外的损耗，降低了系统的效率。因此，对于低速运行要求，采用低转速的电机实现直驱可以有效提高系统的效率，直驱技术也是当今电气驱动的发展方向之一。磁场调制式永磁电机利用永磁齿轮的磁场调制原理，具有永磁齿轮的齿轮效应，适合于低速大转矩的直驱应用场合。
　　 本文首先介绍了磁场调制原理，并且通过有限元方法对永磁齿轮进行了仿真计算，验证了磁场调制原理的准确性。然后提出了一种轴向磁通磁场调制式永磁电机，并进行了设计仿真计算和参数优化，根据优化设计结果试制了一台轴向磁通磁场调制式永磁电机样机。最后搭建实验平台，采用永磁电机的矢量控制方法对样机进行了空载、负载、堵转等实验，达到了原理验证、样机试制、控制策略研究及控制器设计实现等目标。
　　 此外，根据磁场调制式永磁电机的特点，本文提出了一种通过在定子槽内放置测量绕组，通过测量绕组的端电压获得转子位置信号与转速信号的方法。从理论上推导了该方法的有效性，并通过2维有限元方法进行仿真计算，验证了理论推导的正确性，获得了较好的测量效果。