永磁无刷直流电动机是一种先进的集电力电子变换器与永磁电机本体于一体的机电一体化系统,它既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的一系列优点,又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的诸多特点.正是由于这些原因,自上世纪末起,逐渐形成永磁无刷直流电机的研究热潮.在此背景下,本文以此为课题,对永磁无刷直流电机系统进行了一些理论分析和实践应用.本文首先在综合国内外有关文献的基础上,分析了永磁无刷直流电机的发展历程、现状和趋势,提出了目前存在的一些问题.介绍了永磁无刷直流电机的结构和运行原理,推导出永磁无刷直流电机的数学模型.针对永磁无刷直流电机的转矩脉动,本文详细分析了各种调制斩波方式对注入电机电流以及转矩脉动的影响,比较分析各种斩波方式下系统运行情况,提出一种有利于减少转矩波动的斩波方式.同时,本文还提出了一种回馈制动的方式,进一步提升系统性能,节约能源.在大型永磁电机磁极设计中,通常采用多块磁钢来组成励磁磁极.考虑到磁钢本体的分散性和加工误差,本文从工程实际应用出发,提出了一种磁钢优化配置方法,保证每个磁极中各段磁钢产生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,从电机本体设计角度上提高系统性能.本文在理论分析基础上,以单片机和功率智能模块为硬件平台,实现了一套多相永磁无刷直流电机系统.针对理论分析,进行了各种方案的比较分析,经过试验结果和仿真分析结果,进一步支持了论证了理论分析正确性和实用性.同时,对于实际应用中的一些问题,本文也做了一些工作,提出一些分析和改进.
上传时间： 2013-08-04
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本文对永磁无刷直流电机恒功率弱磁研究进行了较为全面的从仿真到实验、从理论到实践的深入研究,同时对传统面贴式永磁无刷直流电机和复合转子结构的永磁无刷直流电机进行了详尽地理论分析,系统地提出了关于复合转子结构永磁无刷直流电机一套较为完善的理论.本文首先从BLDCM的导通规律和绕组结构入手,真实模拟了传统面贴式永磁无刷直流电机弱磁调速的物理过程,并获得其在恒转矩和恒功率模式下的解析表达式.从而直观的反映了BLDCM的弱磁机理,获得了影响其恒功率速度范围的关键参数.借鉴复合转子结构在永磁同步电机恒功率弱磁中的成功运用,将这种结构引入永磁无刷直流电机中,并完成了两台不同磁阻形式和功率、电压等级的原型样机的研制.针对原有d、q轴法的局限性,提出了真实模拟永磁无刷直流电机导电方式的场路结合法实现对永磁无刷直流电机的弱磁分析.在场路结合法分析的基础上,提出了磁阻段提高恒功率速度范围的真实原因,并进一步提出了采用永磁段、磁阻段双d轴错角以扩大转速范围的新思想,并在实践中验证了这种双轴空间错角技术的有效性.从而为复合转子结构永磁电机运行性能优化提供了新的可供选择的调节手段.
上传时间： 2013-08-02
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本文提出了一种LED发光显示牌的设计方案制作灯箱，其具有无灯丝光源、无逆变器能量消耗和系统直流供电等优点。LED发光显示牌是LED在照明领域中的 一个重要应用，设计原理基于Notebook的液晶显示器，是将点光源转换成面光源的科技产品。为增强显示牌的发光效果，在设计中还合理地应用到了光学级 PMMA导光板、反射膜和扩散膜等材料，并对它们的特性及其在系统中的作用进行了详细的理论分析。同时在分析大量实验数据的基础上，证明了设计方案 的可行性。 系统中的太阳电池、蓄电池、负载LED的优化匹配也是一个值得研究的问题。本文从容量、功率匹配等方面对系统进行了优化设计。 太阳能发电和常规能源发电不同，它具有随机不确定性。而这种时变性又增加了系统的不稳定性因素。本文根据课题的要求提出了一种应用于光伏照明 系统的充放电控制器的设计方案，较好地解决了系统中太阳电池输出能量不稳定的缺陷，同时还对蓄电池和负载LED进行各种控制和保护。最后，给出了硬 件电路的设计和软件算法，并提供了相关实验数据和波形。
上传时间： 2013-06-20
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随着电力电子技术的发展，高速永磁无刷直流电机应用前景越来越广阔，有较大的研究价值，对其电磁性能进行准确的分析和设计具有重要的经济价值和理论意义。本文主要是围绕着永磁无刷直流电机，尤其是高速永磁电机的磁路、电路性能的分析、铁耗和温升的计算、优化设计、控制系统和样机制造和实验等做了大量的工作： 对电机的磁路进行分析设计：从磁路结构入手，分析了定子铁芯、转子铁芯和永磁体的各种结构优劣及其选型、选材的根据；讲述了场路结合的分析计算方法；给出了极数、槽数、绕组、转子参数、定子参数和轴承的参数确定方法。 对永磁无刷直流电机的电路进行分析：从电机磁场分析入手，根据齿磁通分析计算了电枢绕组的感应电动势；根据此电动势的波形，推导了三相六状态控制时，电动势的电路计算模型，重点推导了电动势平顶宽度小于120度电角度时的电路模型，指出换相前电流波形出现尖峰脉冲的原因，该模型考虑了电感对高速电机性能的影响；给出了基于能量摄动法计算绕组电感的方法。 高速永磁无刷直流电机内的损耗尤其是铁耗较大，根据经验系数来计算铁耗的传统方法已显得力不从心，如何准确计算高速永磁无刷直流电机内的铁耗是困扰电机工作者的一个难题，本文根据Bertotti铁耗分立计算模型，进一步推导了考虑电机内旋转磁化对铁耗的影响的铁耗计算模型，其各项损耗系数是由铁芯材料在交变磁化条件下的损耗数据通过回归计算得到。通过实际电机的计算和实验测试，表明此计算模型有较高的准确度。随着电机内损耗的增大，温升也是一个重要问题，为了了解电机内的温度分部，防止局部过热，本文建立了基于热网络法永磁无刷直流电机的温升计算模型，并对电机进行了温升计算，计算结果和实际测量基本一致。 本文确立了永磁无刷直流电机的电磁计算方法，建立了优化设计的数学模型，编制了程序，用遗传算法成功地对高速永磁无刷直流电机的效率进行了优化，给出了优化算例，并做出样机，通过对优化前后的方案做出样机并进行比较实验，优化后测量损耗有了较大的减小。 对永磁无刷直流电机控制系统中的几个关键问题进行了研究：位置检测技术、三相逆变电路中的功率管压降和控制系统换相角问题，它们都对电机的性能有很大的影响。本文着重分析了霍尔位置传感器原理、选型及在电机中的安装应用；功率管压降对起动电流、功率的影响问题；控制系统提前或滞后换相对电机电流，输出性能的影响，提出适当提前换相有利于电机出力。 做出永磁无刷直流电机样机并进行实验研究，主要包括高速永磁无刷直流电机、内置式永磁无刷直流电机、高压永磁无刷直流电机的设计、性能分析、样机制作、实验分析等。建构了对样机进行发电机测试、电动机测试、损耗测量的实验平台，通过在测试时使用假转子的方法成功分离出了电机铁耗和机械损耗，实验测量结果和计算结果基本一致。 总之，通过对永磁无刷直流电机的磁路、电路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁无刷直流电机的设计理论和分析方法，并通过样机的制造和实验，进一步的验证了这些理论和方法的准确性，这对永磁无刷直流电机的设计和应用有很好的参考价值。
上传时间： 2013-04-24
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在永磁无刷直流电机中，即使电枢绕组不通电，由于水磁体产生的磁场同定子铁芯的齿槽相互作用而产生转矩，即齿槽定位力矩。定位力矩使电机输出转矩波动，产生振动和噪声。影响齿槽转矩的因素很多，如齿槽的数量、齿槽形状、斜槽角度、磁钢的极弧系数以及辅助凹槽等等，因此，准确计算定位力矩较为复杂。本文利用麦克斯韦张量法来分析定位力矩，为电机设计提供理论参考。文中阐述了齿槽力矩产生机理，综述了抑制齿槽转矩的方法，探讨了抑制齿槽转矩的发展趋势。 本文以永磁无刷直流电机为对象，利用Ansoft有限元仿真软件，通过有限元分析对改变槽口宽度、定子斜槽、改变极弧系数和定子冲片增加辅助凹槽对定位力矩的影响进行了研究。深入分析了冲片辅助凹槽对抑制永磁无刷直流电机定位力矩的作用，因为冲片面加辅助凹槽的方法，生产中便于加工，对电机性能影响很小。结果表明，同一冲片上在对称位置上排布辅助凹槽能取得很好的效果，而以冲片中心线对称地加两个辅助凹槽时，辅助凹槽角度不同作用不同。对不同冲片，适合的辅助凹槽角度也是不同的。 最后对这几种抑制定位力矩的方法进行优化组合，找出了一个最优的抑制永磁无刷直流电机定位力矩的方案。
上传时间： 2013-06-18
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高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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由于电动助力转向（EPS）系统具有高性能、高效率、低成本、节能环保等优点，随着汽车电子技术的发展，电动助力转向技术逐渐取代传统的液压助力转向（HPS），成为转向助力技术的主流。 @@ 本文在详细了解EPS系统性能要求和工作原理的基础上，对各种已有的EPS助力电机进行了总结和比较。对比结果表明，无刷直流电机（BLDC）凭借其显著的优点，成为EPS助力电机的较优选择。 @@ 无刷直流电机作为一种由电动机本体和驱动器组成的机电一体化产品，与传统的直流电机一样，具有良好的起动和调速性能，并且由于用电子换向取代了机械换向，不存在传统直流电机的换向火花和机械噪声，在许多性能要求比较高的场合已得到普遍应用。随着电力电子技术、计算机技术的发展，其应用范围还在进一步扩展。然而，BLDC电机作为EPS系统的助力电机也并非全无缺点。永磁电机中固有的齿槽转矩的存在，以及由于采用120°换向工作模式造成的转矩波动，都会严重影响EPS系统的操控性能。 @@ 本课题针对无刷直流电机在汽车电动助力转向系统中的应用，根据EPS系统对助力电机的要求，设计了一台转向助力用永磁无刷直流电动机，并使用有限元方法对电机性能进行了分析。为了反映参数变化对电机性能的影响，从而为电机的设计提供指导，我们还用场路耦合的解析算法对电机性能进行了分析。在分析结果的基础上，对永磁电机中的齿槽转矩进行了研究，并针对样机提出了齿槽转矩的削弱方法，然后使用三维有限元的方式对所提出的方法进行了仿真验证。 @@ 根据EPS系统的工作原理，探讨了助力电机的控制策略，并设计了带传感器的无刷直流电机的控制系统。分别完成控制系统硬件和软件的设计，并进行了相关实验，结果表明基本达到了设计的目标。 @@关键词：EPS、无刷直流电机、电机设计与优化、有限元、控制器设计
上传时间： 2013-07-29
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随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，人们对汽车的性能更加关注。汽车本身是一个复杂的系统，在使用过程中，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，汽车技术状况可能不断恶化，需要定期进行检测。汽车底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，采用现代电测和计算机技术，模拟汽车在各种路面行驶阻力，使汽车的道路试验项目移至室内进行，减少室外环境变化对测试的影响，能够很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。 本文首先介绍了汽车底盘测功机的发展历史和研究现状，阐明了研究汽车底盘测功机测控系统的目的和意义，给出了汽车底盘测功机的结构和工作原理，在详细分析汽车道路上和底盘测功机上运行受力情况的基础上，建立了测功机电模拟模型。采用电模拟阻力加载装置，不仅省去了繁琐的惯性飞轮装置，简化了底盘测功机的结构，而且实现了惯性阻力的无级模拟。在系统硬件上，设计了转速转矩信号的采集电路和前端信号处理电路，提高了采集数据的准确性，保证系统的精度，并给出了励磁控制电路的设计与实现。在通讯上，设计CAN和USB互相转化的接口电路，不仅实现上下位机之间的通讯，而且还突破了传统底盘测功机上下位机通讯速率慢的瓶颈。在控制策略上，采用积分分离PID算法，实现转速、励磁电流和转矩、励磁电流的两个双闭环控制器，满足了汽车底盘测功机不同运行状况的需求。在软件上，采用模块化编程的思想，从而增强了程序的可移植性和灵活性。最后，构建了实验平台，对系统进行了实验研究，实验结果表明：系统能满足汽车性能测试的要求。
上传时间： 2013-06-12
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本课题为研究大功率永磁无刷直流电机及其驱动系统而设计了一台50kW 多相永磁无刷直流电机，该电机的设计最大限度地模拟了某大功率多相永磁无刷直流电机的基本结构，驱动系统也基本采用了某大功率永磁无刷直流电机的主电路结构。全文内容如下： 本文介绍了一种以晶闸管为主要功率元件的大功率永磁无刷直流电机驱动系统。本文通过对电机各运行的状态的分类分析，总结了这种驱动系统的触发逻辑控制规律，优化了逻辑控制程序，为永磁无刷直流电机驱动系统的仿真和实际系统的开发提供了依据。 本文通过对驱动系统换流过程的详细分析，总结了有关参数如电机电感、换相电容等对电机换流过程的影响程度、趋势和规律。给出了驱动系统主要参数选取的依据和选择方法，并通过样机进行了实验验证，为大功率永磁无刷直流电机驱动系统的主电路设计提供理论支持。为准确预测大功率永磁无刷直流电机驱动系统的运行性能，建立了永磁无刷直流电机的电路模型和S函数模型，并阐述了其在Matlab/Simulink 平台下的建模原理和实现方法。 本文提出的两种电机模型，相互补充，准确预知了永磁无刷电机驱动系统的运行特性，大大加速驱动系统研制过程。其中，电路模型具有仿真效率高，便于研究驱动系统主电路参数对系统性能的影响，从而对主电路参数进行优化；S 函数模型便于对电机内部细节进行分析，为揭示电机内部变量的变化规律提供了有力的手段。
上传时间： 2013-07-04
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该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.
上传时间： 2013-07-03
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