盘式永磁无刷直流电机的电磁设计.pdf

浙江大学
硕士学位论文
盘式永磁无刷直流电机的电磁设计
姓名：王凌峰
申请学位级别：硕士
专业：电机与电器
指导教师：马钧华
20050201
摘要直流电动机的性能大大提高。盘式永磁无刷直流电动机由于其结构简单，运行可靠、轴向结构紧凑等特点，在许多行业中有着广泛的应用前景。盘式无刷直流电动机的电机本体是盘式永磁同步电动机，只是绕组一般采用盘式永磁无刷直流电动机的设计可以借鉴圆柱式无刷直流机和一般盘式电机设汁的方法，但又有其独特的特点。本文主要研究的盘式永磁无刷直流电机的电磁分析与设计。考虑到盘式电机特殊的磁场形式，本文从磁场分析方法入手，异同，并给出了一个电磁设计程序。关键词：盘式无刷电机，电磁设计，盘式永磁电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，所以又被称为轴向磁场电机。永磁无刷直流电动机由永磁同步电动机、逆变器以及安装在转子轴上的位置传感器构成。随着高性能的永磁材料如钐钴、钕铁硼的问世，使得永磁无刷集中绕组无槽结构，并选用较少的极数，使得反电动势接近梯形波，便于通过调节极弧系数来减小转矩脉动。研究了盘式永磁无刷直流电机的电磁设计特点，比较了与普通圆柱式电机之倒的浙江大学硕士毕业论文
，篵．．浙江大学硕士毕业论文甌瑂瓸，．瓾甌畉，．，瓸Ⅱ
第绪论盘式永磁无刷直流电机的发展、原理与特点．来盼匏⒅绷鞯缍姆⒄．来盼匏⒅绷鞯缍脑无刷直流电动机是随着电子技术发展而出现的一种新型电动机。有刷直流电动机具有优良的调速特性，自其在世纪四十年代诞生后就在运动控制领域中针对赢流电动机的弊端，人们提出了用电子换向装置取代机械换向装置的设想。随着现代科学技术的发展，特别是半导体技术及新型永磁材料的飞跃进步，年诞生了世界上第一台利用霍尔元件实现换向的永磁无刷直流电机。之后，磁电耦合式位置传感器和光电式位置传感器的永磁无刷直流电机也相继问世。上具有宽广的调速范围、平滑的调速性能、起动迅速、寿命长、无滑动接触和换向火花、可靠性高及噪音低等优点，适用于一般直流电动机不能胜任的工作环境。得到了广泛的应用。但由于其采用电刷以机械方式进行换向，存在相对的机械摩擦，产生了噪音、火花和电磁干扰，寿命短，且经常需要维护等诸多缺点。采用接近开关式位黄传感器、电磁谐振式位置传感器、高频耦合式位置传感器、世纪年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件篒认嗉坛鱿郑约案咝阅苡来挪牧先珙填堋㈩咸鸬的问世，均为永磁无刷直流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。永磁无刷直流电动机保留了一般直流电动机的优点而克服了其某些局限性，又具备永磁电机运行效率高、无励磁损耗等特点，在当今国民经济各个领域中的应用日益普及。浙江大学硕士毕业论文
本体、位置传感器和功率逆变器三部分组成。电机本体由定子和转子两部分组成。与传统的永磁直流电动机不同，永磁无刷直流电机将电枢绕组放在定子上，永磁体则放在转子上。同时由位置传感器、逆变器触发逻辑电路和功率逆变器共同构成电机驱动系统，根据位置传感器检测的电机转子位置信号，供逻辑电路按一定无刷直流电机系统的电机本体是永磁同步电动机。变频器供电的永磁同步电机的优异调速性能，又实现了无刷化，这在要求高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。其中反电势波形和供电电流波形都是正弦波的电动机，称为正弦波永磁同步电动机，简称永磁同步电动机；反电动势和供电电流波形都是矩形波的电动机，通常称为无刷直流电动机。关器件的不同，可分为：采用晶闸管作为逆变器功率器件的电机，一一般称为晶闸管无换向器电机和采用、茸怨囟掀骷魑D姹淦鞴β势件的永磁无刷直流电机。根据电机绕组相数的不同，可分为两相、三相和多相。接方式的不同，可分为全桥型和半桥型。图卜来盼匏⒅绷鞯缁硗一般的永磁无刷直流电机具有如图镜耐仄私峁梗褐饕S傻缍的逻辑规律触发逆变器，给电机定子绕组供电，保证在运行过程中电机定子绕组所产生的磁场和转子永磁体所产生的磁场，在空间位置上始终保持一定的电角度动机加上转子位置闭环控制系统构成自同步永磁电动机，既具有电励磁直流电动符合图窘峁沟挠来盼匏⒅绷鞯缁泻芏唷８菽姹淦魉捎每根据绕组连接方式的不同，可分为星形绕组和封闭绕组。根据换向线路与绕组连关系。浙江大学硕士毕业论文
项目＼＼．来盼匏⒅绷鞯缍奶氐阌胗τ如前文所述，永磁无刷直流电机和永磁直流电机相比，最大的特点就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构。加之，其转子采用永磁体励磁，没有激磁损向火花及无线电干扰，寿命长，运行可靠，维护简便等优点。一般认为，永磁无刷直流电机既具有永磁有刷直流电机优良的机械特性和控制特性，