准确计算电机铁耗一直是困扰电机设计者的一个难题。传统方法是假设电机内部磁场仅是交变磁化的，根据铁磁材料在交变磁化条件下测量的数据，计算电机齿部和轭部由基波磁场造成的损耗，对于计算值与实测值之间的误差通过经验系数来修正。这种方法对于已经长期制造和使用的电机而言勉强适用，对于近年来发展很快的永磁电机、高速电机和其他新结构电机，由于缺乏合适的经验系数，导致此方法难以适用。众多研究人员的成果已经证明电机的铁耗有相当一部分是由旋转磁化导致的，因此顾及旋转磁化的电机铁耗计算模型是本文的一个重要内容。 本文从铁磁材料的铁耗入手，先研究铁磁材料在交变磁化和旋转磁化方式下的计算和测量方法，目的是得到铁耗分立模型中磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗的计算系数。本文提出并实现了数字式的25cm爱泼斯坦方圈测试系统，它可以测量在任何频率和波形电源供电下硅钢片的损耗，本文还在二维铁耗测试系统中对硅钢片在圆形旋转磁化条件下的损耗进行了测量。结果表明，在同样频率和磁密的条件下，旋转磁化下的损耗要比交变磁化下的损耗大。本文提出了基于磁密轨迹的电机铁耗计算模型，它只采用较容易获得的交变磁化损耗系数，但又能顾及到旋转磁化带来的影响。通过实际电机的计算和测试，表明轨迹法的计算结果在未经任何系数修正的情况下就具有很好的精度，适合推广使用。 软磁复合材料是一种新型的粉末金属材料，它具有涡流损耗小和易制造成具有复杂结构电机等特点。为了探索这种材料在高频领域中的应用和验证本文提出的铁耗计算模型，本文成功地设计和制造了一台采用软磁复合材料的爪极式永磁电机，由于结构复杂，本文通过三维有限元分析，对该电机的磁通、磁链、电感、转矩和铁耗等参数和性能的计算提出了计算方法。对该种电机的热分析，本文提出了热网络法和磁热耦合有限元法。由于铁耗在高速电机总损耗中占有很大比例，因此在有限元方法中，本文通过映射剖分法，使磁场和热场模型中的单元总数、大小和顺序保持完全一致，轨迹法计算得到的各单元铁耗直接耦合进热场进行计算，得到了电机准确的温度分布。本文还进行了高速电机转子的模态分析，合理地调整转子的直径、长度和轴承位置，使转子的自然共振频率远离电机的工作频率范围。本文构建了一测试平台对样机进行了发电机状态测试，并通过假转子法测量了电机铁耗，实验结果证明了本文所用方法的可行性，得到的结论对软磁复合材料的应用及爪极式电机的设计与分析都具有很好的参考价值。
上传时间： 2013-06-27
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本课题的研究工作主要围绕机床用永磁交流伺服电动机设计展开，所做的主要工作包括以下几个部分： 首先，钕铁硼永磁材料导电率较高、耐热性能较差，当电机气隙磁场谐波含量较大时，永磁体中就会感应出涡流形成涡流损耗导致永磁体发热。因此，有必要对转子永磁体内的涡流进行计算和分析。本文分析了永磁同步电动机转子永磁体内涡流产生的原因，建立涡流的数学模型并推导出永磁体涡流损耗的计算公式。用ANSOFT有限元软件建立电动机的物理模型进行电磁场求解，结合路的计算公式算出永磁体的涡流损耗。 其次，运行平稳性是伺服电动机的一项重要的性能指标，而转矩波动的大小直接影响运行平稳性。本文分析了机床用永磁交流伺服电动机转矩波动产生的原因，运用转矩波动计算公式结合ANSOFT有限元软件，计算比较相同功率、相同极数不同槽数时，电动机的转矩波动情况。通过比较计算出的转矩波动百分比的大小，选择所设计电动机的极槽配合，以提高机床用永磁交流伺服电动机的运行性能。 最后，完成机床用永磁交流伺服电动机基本结构尺寸以及电磁参数的选取，利用有限元软件，分析计算气隙长度变化对失步转矩倍数和永磁体用量的影响，以及永磁体宽度对气隙磁密波形的影响，以此合理选择气隙长度和永磁体的宽度，使电动机的性能更优良。在上述研究的基础上，本文设计了一台0.9kW，8极36槽的机床用永磁交流伺服电动机样机，并对其性能进行了测试，测试结果表明，电机的性能指标达到了预期的要求，证明了电机设计过程理论分析计算的正确性。
上传时间： 2013-06-13
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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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异步电动机的软起动研究，是一项重要的研究课题。本文以分级变频理论为基础，利用数学分析的方法对分级变频的子频率系统进行了深入的研究，总结了各级子频率系统的电压相序情况以及最优的触发角度。并且对传统异步电动机软起动器的主电路结构进行了改进，提出了从较低频率开始分五级起动的分级变频调压软起动形式，而且各级子频率的起动都能实现最优的正序电压组合，保证了起动转矩的最大化。通过对分级变频调压软起动形式的建模和仿真试验，证明了此方法可以在降低起动电流的同时实现异步电机的高转矩起动，验证了此方法的有效性和可行性。基于以上研究的成果，本文介绍了以TMS320LF2407ADSP芯片为核心的软起动软硬件设计方法。最后对本课题的进一步研究提出了展望。
上传时间： 2013-04-24
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磁通反向电机(FRM)是一种新型的双凸极永磁(DSPM)电机,它把高磁能的永磁体放在定子极的表面,永磁体易于安装.随着转子旋转,FRM定子绕组所交链的永磁磁通改变极性,这意味着比磁通脉振产生更大的磁通变化.由于FRM的绕组利用率高、结构简单、转动惯量小及适于高速运转等优点,可广泛应用于汽车制造业、航空航天等工业领域.本文将从模型建立、分析方法、性能分析等方面对该电机进行深入研究.首先,为了解FRM基本理论和掌握其基本规律,写出FRM的基本方程式;由于电机的双凸极结构以及饱和和非线性的影响,整个系统为一强非线性系统.对该电机作适当简化,建立其线性数学模型,这样有利于对FRM的定性分析,弄清其内部的基本电磁关系和基本特性.讨论了绕组电感、绕组磁链、感应电动势及绕组电流、电磁转矩等静态特性,推导出FRM的功率密度计算公式.其次,为准确计算FRM性能,要考虑磁路饱和、铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响等因素,要建立FRM的非线性模型,提出用变网络等效磁路法进行分析.具体方法是建立FRM的非线性变网络等效磁路模型,推导等效磁路中各部分磁导的计算公式,用节点磁位法建立相应的方程,通过求解该非线性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,进一步求得静态特性,计算出电磁参数.然后用FRM样机的实验结果验证理论分析的正确性.样机的理论分析结果同实验结果进行比较表明,本文所介绍的FRM变网络等效磁路模型具有较好的精度及通用性,基于等效磁网络模型的FRM电磁计算是可行的,计算结果是正确的.最后对磁通反向汽车发电机的功率密度进行分析.导出了磁通反向汽车发电机功率密度的计算公式,分析了影响电机功率密度的因素,并与电励磁汽车发电机进行了比较.
上传时间： 2013-07-30
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单相交流串励电动机由于启动转矩大、转速高、体积小等一系列的特点，在电动工具、家用电器，尤其是小家电和吸尘器上获得了十分广泛的应用。论文对单相交流串励电动机的发热和振动特性进行研究。 在第二章，通过讨论电机的发热理论及其影响因素，结合实际建立了数学模型，推导得出一个工程上比较实用的公式，用来计算马达堵转时的温升，还编写了一个电脑程序来仿真计算马达堵转时的温升。 在第三章，讨论了电机转子和支撑组成的振动系统在多自由度和各种情况下的振动。应用杜哈梅积分式和傅立叶分析法将机械振动和电磁干扰联系起来，将机械振动问题转化为二阶电路的问题来进行处理。并且提出观点：1.先测量出机械振动的频谱图或电磁噪音的Db-Freq频谱图，再用反傅立叶分解的方法将它们合成，得到周期性的激励的形状。2.由激励(力信号或电信号)所产生的波在弦内进行传播，信号经过衰减，辐射，在边界处反射，然后跟下一列波迭加，直到成为稳定的干扰信号。 在第四章，对样机进行测试，并和电脑仿真结果进行了比较。结果表明二者的偏差在2.5％以内。
上传时间： 2013-07-31
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高温超导（High Temperature Superconductor,HTS）磁阴电动机与传统磁阴电动机相比，能够以更小的体积和重量实现更大的输出功率、更高的功率因数和效率.国外有关超导磁阻电动机的研究目前还处于初级阶段，国内在这一领域更为滞后.论文以普通磁阻电动机的电磁关系为基础，结合超导材料特殊的电磁特性，初步提出了超导磁阻电动机电磁设计的一般原则;并尝试进行了一台额定功率为150W的内反应式HTS磁阻电动机的电磁设计.论文以实际设计的一台内反应式HTS磁阻电动机样机作为分析实例，基于第二类超导体临界态Kim模型和电磁场的有限元方法，提出了一般HTS磁阻电动机的内部磁场及交、直轴同步电抗的分析与计算方法.并在此基础上进一步研究了如何借助HTS磁阻电动机的电抗曲线分析HTS磁阻电动机的稳态工作特性.论文对常规磁阻电动机与HTS磁阻电动机进行了比较.计算结果表明，在电机尺寸、结构不变的前提下，超导磁阻电动机比常规磁阻电动机明显地提高了电机X/X值，因而以更小的尺寸获得了更大的输出转矩、更高的效率和功率因数，同时电机的稳定运行区间也有所增大.计算结果还表明，采用抗磁性更强的YBCO块材作为交轴阻磁介质，能够保证转子在获得较大的直、交轴磁阻差异的同时不必牺牲较大的极孤系数和气隙宽度，从而气隙磁密有较好的波形，电机具有较好的同步性能.论文也对几种具有相同定子但转子结构不同的HTS磁阻电动机做了比较，比较结果显示，ALA式HTS磁阻电动机比内反应式HTS磁阻电动机具有更大的输出转矩;当输出功率较大时，ALA结构的HTS磁阻电动机还比内反应结构具有更好的稳态工作特性.另外发现，thin-zebra ALA式HTS磁阻电动机的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻电动机更好.在进行内反应式HTS磁阻电动机的设计时，内反应槽既要尽量阻隔交轴磁通，又要分布的比较均匀，这样才能既获得足够的直、交轴同步电抗比，又削弱转矩脉动，从而最终改善电机的同步性能.
上传时间： 2013-04-24
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横向磁通电机是近些年来出现的一种新型结构的电机，由于其转矩密度和功率密度大的优点受到了广泛的关注，但我国对该种电机的研究尚处于起步阶段。 本课题是国家863计划项目——“新型稀土永磁电机设计与集成技术(课题编号：2002AA324020)”中有关横向磁通永磁同步电动机的部分。本课题的目标就是要充分发挥横向磁通电机功率密度和转矩密度大的优点，克服其功率因数低的缺点，对横向磁通永磁同步电动机的磁场进行计算、分析，找出功率因数偏低的原因，并提出相应的改进方法和建议。在此基础上进行样机的研制，对理论成果进行验证，并力争样机在性能和工艺指标上有所突破，部分指标达到国际领先水平。 本文介绍了横向磁通永磁电机的特点及运行原理，并按照不同的分类方式介绍了横向磁通电机的各种结构。三维磁场的有限元计算十分复杂、计算量大，因此传统电机均采用简化的二维磁场进行计算。但是横向磁通电机由于结构特殊，无法采用简化的二维磁场的计算方法进行分析。因此本文利用ANSYS软件建立了样机模型，对样机进行了三维电磁场分析。在电磁场计算的基础上，进行了电机空载反电势，空载漏磁系数，电磁转矩等相关参数的计算，讨论了横向磁通永磁同步电动机的结构变化对参数的影响。本文特别针对横向磁通永磁电机功率因数较低这一问题进行了分析，找出了功率因数偏低的原因，提出了相应的改善方法和建议，对横向磁通电机的理论研究和设计应用分析方法进行了探讨。本文利用电磁场计算的结果，完成了电机运行特性仿真，克服了采用传统磁路等效的方法带来的误差。最后，通过与样机测试结果的对照研究，验证和完善分析方法，并为进一步获得性能更加优异的样机奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机属于轴向磁场电机，目前，该类电机在国外已经得到了迅速发展，作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机己广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转子的转动惯量小、机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点，其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景，是一种理想的驱动装置。 本课题作为国家863计划项目《新型稀土永磁电机设计及集成技术》2002AA324020中的一部分，该项目的主要工作是进行新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机的设计与集成技术研究，开发出一种新型钕铁硼永磁电机，解决相应的整机设计和集成技术问题。本文中提出的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机是在盘式永磁同步电动机的基础上，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中，从而使得电机的质量大为减轻，功率密度提高，振动噪声降低，效率提高。 基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机其磁路结构和电磁负荷分布与传统电机完全不同，常规电机的某些设计规则不能直接应用到该结构电机的设计当中，本文主要针对这种结构的电机进行了分析与计算。分析了不同结构Halbach阵列下的气隙磁场，以及相关参数的计算，给出了初步的样机设计数据，并对样机的加工工艺进行了探讨，在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上，针对盘式无铁心永磁同步电动机自身的特点，编制了一套电磁计算程序，该程序还有待通过大量样机的试验，来总结和完善。 我国稀土资源丰富，然而，由于技术经济上的问题，国产永磁交流伺服电动机至今未能大量应用。与此同时，高性能的永磁交流伺服电动机及系统大量依靠进口，我国每年进口的工程装备当中，仅数控机床因国产电机和系统不能满足要求而每年需要进口的就达22亿美元以上。本项目的完成将改变这类产品主要依靠进口的局面，充分发挥我国稀土资源丰富的优势，其经济效益和社会效益是十分巨大的。
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置，其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力，提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机，进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。 对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机，盘式无铁心电机是轴向磁通电机，外加其无铁心的结构，决定了该电机的磁场呈三维、开域分布。对它的电磁场分析，不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。 本文研究的重点内容分为两部分：(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上，建立其磁场三维模型，由三维有限元法计算三维电磁场，分析计算结果，并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。 (2)在磁场计算的基础上，将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来，提出磁钢结构优化方案，研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构，以获得理想的磁场波形和磁密值。 本文首先从磁路计算的方法入手，通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用三维有限元法求解该电机的电磁场，分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布，本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中，讨论了三种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺，将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合，提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列，给出具体磁钢尺寸，并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
上传时间： 2013-06-23
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