论文部分内容阅读
本文所研究的课题来源于山西省自然科学基金项目“变频器供电时永磁同步电动机转矩脉动的减小及优化设计”,研究内容为针对舰船螺旋桨驱动用对转结构永磁无刷直流电动机(DR-PMBLDCM)进行计算和分析。对转结构永磁无刷直流电动机在继承传统电机优点的同时具备独特优势,在水下推进器等对于平稳性要求较高的领域具备广阔应用前景。由于永磁无刷直流电机(PMBLDCM)的结构与运行机理具有特殊性,这使得它在理论分析与工程设计计算上仍然存在着很多问题与不完善的地方,目前关于DR-PMBLDCM的理论分析还十分欠缺。并且研究的DR-PMBLDCM样机齿槽转矩幅值偏大,十分有必要从电机结构设计的层面上,以抑制齿槽转矩为目的对其进行改进。因此,为精确有效地针对DR-PMBLDCM进行计算分析,本文完成了以下研究工作：1.在有限元分析软件Ansoft/Maxwell2D环境下建立DR-PMBLDCM模型,求解了DR-PMBLDCM的静态特性与动态特性,对运算结果进行了分析,针对电机动态转矩脉动做出了改进。2.本文提出了气隙径向磁密函数法,并采用该方法使用Matlab/Simulink基本运算模块与电力模块,建立了DR-PMBLDCM的Simulink模型。最后将仿真结果与有限元计算结果进行了比对,该模型为以后的DR-PMBLDCM性能与控制策略研究奠定了基础。3.对DR-PMBLDCM应用了分数槽技术以减小样机齿槽转矩波动幅值。在考虑径向不平衡磁拉力、槽极数组合可能性等诸多限制条件下,制定了几种适合样机的分数槽方案。在Maxwell2D环境下分别进行了齿槽转矩抑制效果的验证,给出了适合样机的最佳分数槽绕组方案。4.对DR-PMBLDCM进行基于气隙比磁导法与等效磁路法相结合的解析计算。以许-克变换法为基础,结合样机各部分等效磁路的求解工作得到了气隙磁通密度的分布函数的解析结果。将解析计算结果与有限元法计算结果进行比对,证明了解析计算的正确性和可行性,并对两者存在的差异做出了原因分析。5.搭建了DR-PMBLDCM的综合性能测试平台,测试了样机在不同负载等级下相对转速平衡性、电动机端输出转矩、电动机端工作效率、机身温度随连续运行时间的稳定性。使用样机的Simulink模型分别就对应负载等级进行仿真,将实验测试结果与仿真结果进行比对,并给出了两者间差异的原因分析。