新型双极性定子表面贴装式永磁电机设计与分析

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1、万方数据东南大学硕士学位论文新型双极性定子表面贴装式永磁电机设计与分析系别：皇氢王猩堂暄专业：电氢王猩研究生姓名：旌铭导师姓名：垄盘中国·南京二。一四年五月万方数据ANAIⅣSISANDDESIGNOFANOVELBIPOLARS11ATORSUR王1ACE．MOUNTEDPERMANENTMAGNETMACHINE—e⋯s蜘删t。＼㈣嗍SoutheastUniversityFortheAcademicDe伊eeofMasterofScienceBYSHIMingSupervisedbyProfessorHUAW．eiSchoolofElec

2、tricalEngineeringSourestUniversityMav2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：鱼丝日期：塑进：§：p东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所

3、送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：血整导师签名：万方数据摘要基于传统的磁通反向永磁电机(flux-rexersalpermanentmagnetmachine，简称FRPM电机)，本文提出了一种新型充磁方式的双极性定子表面贴装式永磁电机(bipolarstatorsurface-mountedpermanentma

4、gnetmachine，以下简称B．SSPM电机)。B．SSPM电机每个定子齿下表面贴装有两块极性相反的永磁体，永磁体均为径向充磁。考虑到与之相邻的另一个定子齿下的两块永磁体充磁方向，存在两种永磁体排布方式：若第一个定子齿下两块永磁体充磁方向为N．S，与之相邻的另一个定子齿下两块永磁体极性为S-N，即N．S．S-N，则称之为采用充磁方式l；若与之相邻的另一个定子齿下两块永磁体极性亦为N-S，即N．S-N．S，则称之为采用充磁方式2。这两种不同的永磁体排布方式会对B—SSPM电机的电磁性能产生极大的影响，因此，可以灵活选取不同的充磁方式，满足不

5、同的交流调速与伺服驱动应用场合。作为一种双凸极结构的双极性定子表面贴装式永磁电机，B．SSPM电机在定子上设置有对称集中式电枢绕组和永磁体，转子结构简单，既无绕组也无永磁体，特别适合于高速运行。通过特定的齿槽配合，采用不同的充磁方式可以获得接近梯形波或者正弦波的空载感应电势，满足无刷直流或无刷交流控制模式。同时该电机由于永磁体用量较少，有利于降低成本，具有较高的单位永磁体转矩(功率)输出能力。本文以B—SSPM电机为研究对象，首先介绍了B．SSPM电机的基本结构与工作原理。然后，基于ANSYS有限元分析软件，对采用不同充磁方式的B．SSPM电

6、机电磁性能完成了有限元计算。在此基础之上，与相同尺寸参数的双凸极永磁电机和单极性表面贴装式永磁电机进行了性能比较。紧接着，对两种充磁方式的B-SSPM电机建立相应的驱动系统联合仿真模型，完成了驱动系统的稳态与动态性能仿真，并对ANSYS得到的电磁特性进行验证。最后，提出了B．SSPM样机的优化设计方案，并制作了两台样机，完成了样机的静态特性测试。论文的主要研究内容包括以下几个方面：1．分析了不同齿槽配合对B-SSPM电机性能的影响，最终选择了三相定子6槽／转子8极的最佳齿槽配合。阐述不同充磁方式的B．SSPM电机基本结构和工作原理，并建立了B

7、．SSPM电机数学模型。2．基于ANSYS，建立了参数化有限元分析模型，对采用不同充磁方式的三相6，8极B．SSPM电机静态特性进行计算，包括每相空载永磁磁链、空载感应电势、绕组自感、互感、定位力矩、电磁转矩等，并与相同尺寸参数的双凸极永磁电机和单极性表面贴装式电机在转矩出力、弱磁能力、功率密度等方面进行比较。3．根据不同充磁方式的B·SSPM电机，选择相应的控制策略。对接近梯形波空载感应电势的电机，建立了两相1200导通的联合仿真模型。对接近正弦波空载感应电势的电机，建立了f‘Fo的联合仿真模型。将联合仿真结果与ANSYS仿真结果进行比较，

8、验证了电机模型的正确性。4．对采用两种充磁方式的三相6／8极B-SSPM电机进行性能优化，具体分析了电机抗去磁能力以及端部效应的影响等，最终提出了样机的优化设计方案