基于有限元的永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)與性能分析.pdf

1、就鐵路牽引動(dòng)力的發(fā)展來(lái)說(shuō)，經(jīng)歷了直流牽引電機(jī)、交流牽引電機(jī)、永磁電機(jī)的過程，永磁電機(jī)又包括永磁同步電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)；交流傳動(dòng)系統(tǒng)是現(xiàn)階段我國(guó)重點(diǎn)研究應(yīng)用的方向，但其在國(guó)外已非常成熟；無(wú)刷電機(jī)既具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，又具直流電機(jī)優(yōu)越的調(diào)速性能和機(jī)械特性；為實(shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展，本文對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行了探討。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路組成。本文首先介紹了其組成結(jié)構(gòu)、工作原理、電樞繞組

2、的連接方式和電子換向、轉(zhuǎn)子位置傳感器及無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)原則是提高無(wú)刷電機(jī)的能量密度、降低電機(jī)的自身重量。電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的波形不是規(guī)則的梯形波，計(jì)算時(shí)要進(jìn)行系數(shù)修正。推導(dǎo)了直槽、斜槽結(jié)構(gòu)的反電勢(shì)和考慮IGBT通態(tài)電阻的電壓平衡方程。 根據(jù)麥克斯韋方程組和永磁無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)情況，得出簡(jiǎn)化的無(wú)刷電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的基本方程。引入輔助的位函數(shù)-矢量磁位A，使磁通和磁力線分布更方便地求出。對(duì)電機(jī)三維

3、空間模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，使二維平面場(chǎng)中泊松方程變?yōu)闃?biāo)量形式，降低了計(jì)算量。 本文結(jié)合永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)原則和有限元分析理論，通過MagneForce軟件設(shè)計(jì)出一款永磁無(wú)刷直流電機(jī)。確定了電機(jī)定子參數(shù)：外徑、內(nèi)經(jīng)、槽數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)：外徑、內(nèi)經(jīng)、極數(shù)，磁鋼厚度、磁鋼寬度和磁鋼材料，電機(jī)軸長(zhǎng)以及氣隙寬度，定子繞組3相“Y”型，驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)，有限元參數(shù)設(shè)置。 最后，本文對(duì)電機(jī)的電樞反應(yīng)、永磁體充磁方向?qū)o(wú)刷直流電機(jī)磁場(chǎng)的影響、反