无刷直流永磁电机的磁场分析与齿槽转矩研究

摘要

近年来，我国小型电机以及微型电机行业发展迅速。其中无刷直流永磁电机具有结构简单、效率高、长寿命以及较好的转速与转矩特性等优点，在汽车、家用电器、医疗器械等领域得到了迅速的发展。因此，研究无刷直流永磁电机的齿槽转矩以及转矩脉动等性能参数具有理论意义和工程价值。　　首先对无刷直流永磁电机的结构和运行原理进行了分析，分析了影响电机转矩脉动的因素。对一台无刷直流永磁电机进行三维磁场分析，得出电机额定状态下的定子电流、电磁转矩、感应电动势以及齿槽转矩等性能参数。样机的电感实测值与计算值的一致性验证了有限元计算结果的正确性。　　然后分析了永磁形状、永磁分段、开辅助槽、不同充磁方式等几种方法对齿槽转矩和电磁转矩的影响。分析结果表明:(1)外弧偏心电机有利于大幅减小齿槽转矩，而内弧偏心电机对于齿槽转矩的影响较小;(2)正弦形状永磁体虽然一定程度上减小了齿槽转矩和转矩脉动，同时也降低了平均电磁转矩，而正弦+三次谐波形状的永磁电机，电磁转矩为正弦形状永磁电机的1.15倍;(3)转子磁极分段数越多，越有利于减小齿槽转矩，且斜极角在20度或25度，齿槽转矩最小;(4)对定子开偶数槽或者对转子开奇数槽对齿槽转矩的影响较大。有限元仿真结果验证了该结论;(5)和平行充磁以及径向充磁相比，采用正弦充磁方式的电机，齿槽转矩最小。

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 无刷直流永磁电机的国内外研究概况

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 无刷直流永磁电机的结构与原理

1．3．2 无刷直流永磁电机的磁场有限元分析

1．3．3 无刷直流永磁电机的齿槽转矩分析

第二章 无刷直流永磁电机的结构与原理

2．1 无刷直流永磁电机的结构

2．1．1 定子

2．1．2 绕组

2．1．3 转子

2．1．4 转轴

2．2 无刷直流永磁电机的工作原理

2．3 本章小结

第三章 无刷直流永磁电机的三维磁场分析

3．1 求解电磁场方法

3．1．1 解析法

3．1．2 数值法

3．2 电机三维模型的建立

3．2．1 无刷直流永磁电机的主要参数

3．2．2 控制电路的搭建

3．3 三维静磁场计算原理

3．4 三维瞬态场计算原理

3．5 无刷直流永磁电机的三维磁场分析

3．6 电枢电感参数计算

3．7 样机制作与电感实测

3．8 本章小结

第四章 无刷直流永磁电机的齿槽转矩研究

4．1 齿槽转矩表达式

4．2 偏心永磁

4．3 正弦+三次谐波形状的永磁体

4．3．1 正弦形状永磁体

4．3．2 正弦+三次谐波形状永磁

4．3．3 有限元分析

4．4 永磁体分段错位

4．4．1 数值分析

4．4．2 结果分析

4．5 定子和转子开辅助槽

4．5．1 分析辅助槽的数量

4．5．2 定子辅助槽的形状

4．5．3 转子辅助槽的形状

4．6 充磁方式对齿槽转矩的影响

4．6．1 三种充磁方式

4．6．2 有限元分析

4．7 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况