永磁無刷空心杯電機及控制器研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無刷電機被廣泛應用在高性能控制系統(tǒng)中，人們不斷探索新型電機，以提高電機性能。空心杯電機與以往的電機不同，使用無槽無鐵芯的空心杯繞組，突破了傳統(tǒng)電機鐵芯結(jié)構(gòu)，具有突出的節(jié)能性能和拖動特性，成為電動機未來發(fā)展方向之一。隨著人們對空心杯電機的開發(fā)和研制，其制造水平和應用技術(shù)不斷提高，目前，空心杯電機已經(jīng)成熟應用在高科技、軍事、航空、航天領域等產(chǎn)品中，同時，在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等民用領域的許多產(chǎn)品中也得到

2、廣泛應用。
　　本文給出一種同時使用磁路計算與有限元結(jié)構(gòu)優(yōu)化的空心杯無刷電機設計方法，通過有限元電機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善氣隙磁場密度波形，使電機運行更加平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩波動更小。同時，為了測試電機性能，本文還設計了一種采用霍爾傳感器檢測電機位置的SPWM控制器，該電機控制器具有成本低，響應速度快，穩(wěn)定性好等特點。論文主要進行如下研究：
　　第一，在掌握空心杯無刷電機的系統(tǒng)及工作原理后，確定了空心杯電機設計總體方案，介紹了等效磁路法計算磁

3、路過程及原理；從多方面闡明了氣隙長度，永磁體厚度，長徑比等參數(shù)的取值原則，由電機尺寸關系式，計算出電機主要尺寸，給出了空心杯電機斜繞組設計和計算過程，實現(xiàn)空心杯無刷電機初步設計。
　　第二，建立空心杯電機二維有限元模型，通過靜態(tài)、動態(tài)磁場分析，對比了空載與負載時電機電樞反應對氣隙磁場的作用，然后通過電機結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善電機氣隙磁場，最后通過電磁計算，工作特性分析確定電機的額定工作點。
　　第三，選擇正弦波無刷空心杯電機控制策略，

4、并完成模糊PI轉(zhuǎn)速控制器與PID電流控制器設計，闡述了SPWM調(diào)制方法與霍爾傳感器轉(zhuǎn)速、位置估算算法；然后通過MATLAB仿真分析，分析了速度控制調(diào)速性能和不同階次轉(zhuǎn)速、位置計算算法的誤差；最后，采用單片機和SPWM信號發(fā)生器同步串行實時通信的方式實現(xiàn)空心杯無刷電機控制器SPWM調(diào)速控制。
　　第四，在完成電機試制和安裝之后，檢測電機基本參數(shù)證明空心杯設計方法的正確性，通過檢測控制器輸出三相電壓波形，霍爾信號波形和電機速度波動驗證