【摘要】：本文研究的是一種基于印制電路板(Printed Circuit Board,PCB)繞組的永磁無(wú)刷電機(jī),該電機(jī)屬于無(wú)鐵心軸向磁場(chǎng)電機(jī),是盤(pán)式電機(jī)的一種。這種類(lèi)型的電機(jī)軸向結(jié)構(gòu)緊密,氣隙呈平面狀,氣隙磁場(chǎng)沿軸向,具有成本低、重量輕、功率密度高等特點(diǎn),適用于有薄型安裝要求的場(chǎng)合。PCB繞組,即將繞組印制在印制電路板上,這種繞組平整度高,繞組形狀方便設(shè)計(jì),安裝靈活,并且易達(dá)到量產(chǎn)。PCB繞組具有扁平的形狀,與無(wú)鐵心軸向電機(jī)的特點(diǎn)吻合,因此這種定子繞組多應(yīng)用于軸向磁場(chǎng)電機(jī)。本文主要基于PCB繞組的永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行包括有限元建模、氣隙磁密的分析與優(yōu)化、聯(lián)合仿真等方面的研究。首先,本文對(duì)盤(pán)式電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)、繞組類(lèi)型及繞組形狀進(jìn)行介紹,并基于螺旋形PCB繞組進(jìn)行參數(shù)化分析和繞組模型分析。本次設(shè)計(jì)采用的是中間定子、兩邊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),PCB繞組采用圓形與梯形結(jié)合的螺旋形繞組,增加導(dǎo)體端部寬度,進(jìn)一步降低繞組端部,降低繞組損耗,提高電機(jī)性能。其次,基于PCB繞組永磁無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元方法的原理分析。由于其磁場(chǎng)沿軸向,選用ANSYS MAXWELL3D進(jìn)行有限元電磁場(chǎng)分析,從電磁場(chǎng)分析數(shù)學(xué)模型及電磁場(chǎng)計(jì)算原理等方面分別進(jìn)行理論概述,為后續(xù)的電機(jī)有限元模型搭建及優(yōu)化做鋪墊。然后,提取PCB繞組的永磁無(wú)刷電機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù),于ANSYS MAXWELL3D中搭建三維模型。其中詳細(xì)介紹了模型搭建的前處理和中處理過(guò)程,實(shí)現(xiàn)實(shí)體電機(jī)1:1模型搭建,提高仿真精度。最后,對(duì)建立的基于PCB繞組的永磁無(wú)刷電機(jī)的有限元模型進(jìn)行電磁分析后處理,對(duì)電機(jī)的空載定、轉(zhuǎn)子磁密分布、不同路徑下的氣隙磁密分布、繞組渦流損耗等性能進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,普通N,S交叉排列的永磁體結(jié)構(gòu),其氣隙磁密大致呈梯形波,在徑向上呈圓弧狀,靠近內(nèi)徑和外徑處的氣隙磁密偏低,中間半徑處的氣隙磁密偏高。為了優(yōu)化電機(jī)的氣隙磁場(chǎng),將Halbach陣列應(yīng)用于PCB繞組電機(jī)中,本文采用的是90°Halbach永磁體陣列。通過(guò)有限元仿真對(duì)比分析,該陣列的加入使電機(jī)的極對(duì)數(shù)減小一半,增加了輔助磁極,減少磁間漏磁,與此同時(shí),主磁極下的磁場(chǎng)強(qiáng)度變大,提高了電機(jī)的氣隙磁密,并且使氣隙磁密的分布更接近于梯形波。對(duì)優(yōu)化后的PCB繞組永磁電機(jī)進(jìn)行基于MAXWELL、SIMPLORER、SIMULINK三大軟件的聯(lián)合仿真。為加快仿真速度、縮短仿真時(shí)間,提取電機(jī)的等效電路(Equivalent Circuit Extraction,ECE)模型,通過(guò)控制PWM占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM351;TN41
【圖文】：

盤(pán)式電機(jī)屬于軸向磁場(chǎng)電機(jī)，不同于傳統(tǒng)的圓柱式電機(jī)，在結(jié)構(gòu)和內(nèi)部逡逑磁場(chǎng)方面都有獨(dú)特的特點(diǎn)，因此本章中從盤(pán)式電機(jī)結(jié)構(gòu)方面入手，對(duì)ＰＣＢ逡逑繞組進(jìn)行參數(shù)化分析，提出基于ＰＣＢ繞組的永磁電機(jī)的解析模型。逡逑２．１盤(pán)式電機(jī)典型結(jié)構(gòu)逡逑所謂盤(pán)式電機(jī)，是外表似盤(pán)狀的電機(jī)。傳統(tǒng)電機(jī)的磁場(chǎng)是徑向的，而盤(pán)逡逑式電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是軸向平面型［３５］。盤(pán)式電機(jī)有如下幾個(gè)特點(diǎn)．？逡逑（１）電機(jī)形狀較扁，軸向尺寸短，電機(jī)徑向直徑與軸向長(zhǎng)度之比大。逡逑（２）盤(pán)式電機(jī)的氣隙沿軸向且為平面型。逡逑（３）針對(duì)特殊的結(jié)構(gòu)，其鐵心的材料應(yīng)用量比較少。逡逑盤(pán)式電機(jī)外觀呈扁平狀，為了提高轉(zhuǎn)矩，還可以制成多氣隙＂結(jié)構(gòu)。如圖逡逑２－１和圖２－２所示，根據(jù)氣隙的結(jié)構(gòu)，盤(pán)式電機(jī)可以分為單氣隙、雙氣隙、逡逑多氣隙等形式［３６］。逡逑

圖２－３波形繞組的繞線方式可以看出，線圈沿徑向放射狀有效的傾斜角度，在一定程度上減小波形繞組的端部長(zhǎng)度。圖２－３Ｂ板中一層的繞制方式，同時(shí)也是電機(jī)中的一相，ＰＣＢ板中過(guò)板上的過(guò)孔進(jìn)行連接。電機(jī)中的不同相繞組分布在不同的層

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本文編號(hào)：2721859