新型雙極性定子表面貼裝式永磁電機設(shè)計與分析.pdf

1、基于傳統(tǒng)的磁通反向永磁電機（flux-reversal permanent magnet machine，簡稱FRPM電機），本文提出了一種新型充磁方式的雙極性定子表面貼裝式永磁電機（bipolar stator surface-mountedpermanent magnet machine，以下簡稱B-SSPM電機）。B-SSPM電機每個定子齒下表面貼裝有兩塊極性相反的永磁體，永磁體均為徑向充磁?？紤]到與之相鄰的另一個定子齒下的兩塊永

2、磁體充磁方向，存在兩種永磁體排布方式:若第一個定子齒下兩塊永磁體充磁方向為N-S，與之相鄰的另一個定子齒下兩塊永磁體極性為S-N，即N-S-S-N，則稱之為采用充磁方式1;若與之相鄰的另一個定子齒下兩塊永磁體極性亦為N-S，即N-S-N-S，則稱之為采用充磁方式2。這兩種不同的永磁體排布方式會對B-SSPM電機的電磁性能產(chǎn)生極大的影響，因此，可以靈活選取不同的充磁方式，滿足不同的交流調(diào)速與伺服驅(qū)動應(yīng)用場合。作為一種雙凸極結(jié)構(gòu)的雙極性定子

3、表面貼裝式永磁電機，B-SSPM電機在定子上設(shè)置有對稱集中式電樞繞組和永磁體，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，既無繞組也無永磁體，特別適合于高速運行。通過特定的齒槽配合，采用不同的充磁方式可以獲得接近梯形波或者正弦波的空載感應(yīng)電勢，滿足無刷直流或無刷交流控制模式。同時該電機由于永磁體用量較少，有利于降低成本，具有較高的單位永磁體轉(zhuǎn)矩（功率）輸出能力。
　　本文以B-SSPM電機為研究對象，首先介紹了B-SSPM電機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。然后，基于A

4、NSYS有限元分析軟件，對采用不同充磁方式的B-SSPM電機電磁性能完成了有限元計算。在此基礎(chǔ)之上，與相同尺寸參數(shù)的雙凸極永磁電機和單極性表面貼裝式永磁電機進行了性能比較。緊接著，對兩種充磁方式的B-SSPM電機建立相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型，完成了驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能仿真，并對ANSYS得到的電磁特性進行驗證。最后，提出了B-SSPM樣機的優(yōu)化設(shè)計方案，并制作了兩臺樣機，完成了樣機的靜態(tài)特性測試。
　　論文的主要研究內(nèi)容包括

5、以下幾個方面:
　　1.分析了不同齒槽配合對B-SSPM電機性能的影響，最終選擇了三相定子6槽/轉(zhuǎn)子8極的最佳齒槽配合。闡述不同充磁方式的B-SSPM電機基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并建立了B-SSPM電機數(shù)學(xué)模型。
　　2.基于ANSYS，建立了參數(shù)化有限元分析模型，對采用不同充磁方式的三相6/8極B-SSPM電機靜態(tài)特性進行計算，包括每相空載永磁磁鏈、空載感應(yīng)電勢、繞組自感、互感、定位力矩、電磁轉(zhuǎn)矩等，并與相同尺寸參數(shù)的雙凸極永

6、磁電機和單極性表面貼裝式電機在轉(zhuǎn)矩出力、弱磁能力、功率密度等方面進行比較。
　　3.根據(jù)不同充磁方式的B-SSPM電機，選擇相應(yīng)的控制策略。對接近梯形波空載感應(yīng)電勢的電機，建立了兩相120°導(dǎo)通的聯(lián)合仿真模型。對接近正弦波空載感應(yīng)電勢的電機，建立了id=0的聯(lián)合仿真模型。將聯(lián)合仿真結(jié)果與ANSYS仿真結(jié)果進行比較，驗證了電機模型的正確性。
　　4.對采用兩種充磁方式的三相6/8極B-SSPM電機進行性能優(yōu)化，具體分析了電機抗