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1、学校代号学 号密 级10532S03097002湖南大学硕士学位论文Ys92357稀土永磁无刷直流电动机设计与分析堂僮生谊厶蛙名； 睦錾 昱蛭丝鱼壁驱盗； 黄宜遒塑攫 一墙羞望焦! 电氢皇信-皇王程堂瞳童些名塑： 生女【墨虫墨迨窒握窑日期； !竖生3旦21日迨窒簦避旦期； 2Q堕生g旦日鳘螫重愚垒圭廑! 矍隆揖塾援 一硕士学位论文摘 要稀土永磁无利赢流电动机采用奇磁能积的稀土永磁材料，同时采用电子换向技术去掉了电刷，使褥它具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率简、运杼特性傀良等特点，从而广泛应用予航空航天、精密仪器、工监控制等许多对电帆运行性能要求较高的场合。因此，对稀土永磁无刷
2、直流电机的研究具有疆要的纛义。本文对稀土永磁无利直流电动钒设计方法和分析方泫进行了研究：永磁电梳设计计算中传统的一般采用比较简单的磁路法，丽磁钢工作图计箨静态殿动态的工作点，这爨然不能满足精确性的要求。本文采用了场路结合的方法，蓠先利稍磁路法对电视进行初步设计，然后建立有隈元分析模型对电视静参数和性能进行精确分析，采用这样的方法不但可以满足糟确性要求，同时可以缩短设计周赣。本文把有限元方法引入到了对电机性能影响较大的麓要系数(如空载漏磁系数、电枢计算长度、计算穰弧系数和气陈系鼗等)及佳熊参数囊电动势、电磁转矩、电感的计算中。以电机内磁场有限元分析为基础的设计结果体现了较高的精确度；霹靖，由于程
3、大功率、高转速静永磁无尉凝漉电渤梳串，毫流受漏感静影响从而改变了电机的性能，因此漏感的作用不容忽视。本文推导了稀土永磁无刷壹濂电动辊漏电戆诗算静蠢羧元方法，弓l入了电橇等效泡隧系数，并针对电磁转矩脉动和齿糟转矩脉动的产生的原因，给出了多种有效的抑制方法，使电机设计更魏合理。羧嚣奔绥了电壤测试平台静搭建葙其体静溺试方法，淡验谣霜户关心的电机性能参数在电机设计中的饿确性。关键词：稀土永磁无刷直流电动机； 磁路法；嫩磁场；有限元l稀土永磁无刷直流电动机设计与分析Ab stractRareearth PM brushless DC motor has no brush and no ring，its
4、rotating speedis high and its structure is simple with smaller volumeIt has non-excitation wastageand excellent performance，and can be used in aviation，spaceflight，exactitudeinstrument，industry controller and SO onSo study of rare-earth PM brushless DCmotor has great meaningTraditional method of rar
5、eearth PM brushless DC motor design is magneticcircuit，and static state operation point and dynamic operation point were gained byalnico operation curveBut the precise result cannot be gainedSo the finite elementmethod(FEM)is applied to analyze the magnetic fields of the motoL And then someimportant
6、 parameters of the motor are calculated accurately,including flux leakagecoefficient，computed pole embrace，and computed armature length and SO onThispaper presented a new way of rare-earth PM brushless DC motor design，whichcombine magnetic circuit method with finite element method for getting virtue
7、s ofthe two methodsThis paper has introduced the motors structure，theory and the principiumdesign at first，and then presented that how the new way is used in the rare-earth PMbrushless DC motor design in detail，including finite element method of parameters，electromotive force，electro-magnetism torqu
8、e and SO on，which are important formotorS performanceBecause the leakage inductance shouldnt be ignored in highspeed motors，thefinite element method of leakage inductance of rare-earth PM brushless DC motorare deduced in the fourth sector，and equivalent resistant is presented here，whichmakes the des
9、ign more appropriateReason and the minimize way of torque ripplewere presented also。This paper introduces foundation and method of the test forproving validity of parameters at lastKey Words：rareearth PM brushless DC motor；magnetic circuit；finite element：magnetic fieldslll湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是
10、本人在导lJiF的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：1孳粗 日期：如咕年习月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口
11、，在 年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“”)日期：加6年弓月爿日日期：略年；月叫日f盛名名签签者师作导第1章绪论l。1永磁无剩壹濂瞧动枫发暴概提众所周之，直流电机具有调速方便，调速范围宽，启动转矩大，低速性能好，运行平稳，效率高等优良特性，丽被广泛威用在工监和氐用领域。但题，直流电机以魄刷和换向器进行机械换向，是系统不可靠的来源。因此，早在1917年，Boliger就提出了用熬流管代替有利直流电渤枫机械式电蒯的无利直流电动梳黥基本思想。识直到1955年，美国的DHarrision等人申请用晶体管换向电路代替有利直流电动梳机械式电届缩构的专稠，现代无利崴流电动机方熬雏型
12、。到了1962年，终于试制成功了借助鬈尔元件来实现抉流的无刷直流电动机。1978年，原婚德MANNESMANN公司Indramat分部，在汉诺威贸易博览会上正式推出MAC元利直流电动机系统，表明无刷直流电动机技术进入实用化阶段。1986年，H RBolton在一篇论文串对无莉壹流嘏动梳避行了鞍为系统的研究，分轿了稆数、极对数帮永磁材料等对无刷躐流电动机特性的影响，标志糟无刷礅流电动机在理论上走向成熟fll。在无刷融流电动机的发展过程中，作为机电体化的典型产品，无刷直流电动梳羽发震程很大耩度主依赖于永磁材辩、功率激予嚣髂和专蘑控制集成电路酶发展【。(1)永磁耪瓣方嚣：龟枫奉钵豹夸麓轻量、离效率受
13、蘩牵孝辩利终。尤其楚磁性材料的特性，新型的材料引起了电机的结构、设计方法、工艺等方灏的变革。继二十整纪纛卡车技窭瑷铁氧体瘩磁(最大磁毵狡40kJlm)之后，1967零K1Stmat发现了第一代稀土永磁RCo。(19940kJm3；)，1973年又出现了第二代稀土永磁R2Col7(2586ldm3)，覆1983年密甏瓣第三健稀主瘩磁NdFeB(4313搿)，经采磁式电机达到了电励磁电机难以达到的高性能，并舆有励磁损耗小，效率高、散热努、产生力矩大、髂积夸、錾量轻等饶豪特性。(2)功率电子器件方筒：继二十世纪五十年代晶闸管(scR)出现之后，相继篷蜣了门辍霹美鼗鑫添繁(G羊o)，珐率场效应管(MO
14、SFET)，绝缘撵双板鑫俸管(IGBT)和MOSf-j拄晶闸镗(MCT)等，其中IGBT是八十年代出现的新兴复合器俘。巍手IGBT将MOSFET箨GTR豹饶熹爨予一身，蘩爨骞输入辍获毫、速度抉、热稳定性好和驱动线路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等往蠡。特剽戆今年来窭嚣瓣葫率模块、餐能模块(IPM)兹出嚣，完全羧交了茏刷直流电动机驱动器的面貌，减小了驱动器的体积重量，提高了运行可靠性和改稀瘩磁走弱畿滚电裁$l设诤与分轿蒋了可控性，更大大地扩大了无刷直流电动机的功率和速度范围。(3)在专翔拣耩集成魄潞方露：随着徽魄子技术鹣发震，备因半寻体厂蠢=1=断推出无刷直流电动机专用控制集成
15、电路，解决了电机和电子电路结合问题，媳有剩予控翻器熬小墼姥彝霹嘉性的提褰。特别是随蓑专建控铡集成电鼹鞠批量嫩产，价格大幅度下降，解决了妨碍光刷直流电动机向民用领域发展的商价格，使无刷直流电机的应用更方便、更容易推广普及。我黧辩无鬟纛流邀魂撬豹磺究熬步较浚，毽经过努力，毫予部二十一磺究所、沈阳工业大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学、清华大学、西安交通大学等单位取褥了许多磺究残累。1987年，在北京举办的联邦德国金鼹细工设螯疑览会上，SIEMENS和BOSCH豫公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，弓起了我国学者的广泛关注，国内掀起了无刷直流电动机研制、开发和技术引进的热潮。理论方瑟，1982年，
16、咛金魔簿塞羧了永磁无掰誊濂毫渤疆；1996年，张深窭版了直流永磁无刷电动机原理及应用等专著。目前，国内己有无刷直流电动桃的系列产晶，形成了一定生产援模，并制定了无刷直流电动机通用援藏，翅定了无刷宣流电动机的分类、通用技术要求、质麓保证撬定以及标志、包装、运输和贮存的臻求该规范适用予军事装备中的无刷直流电动机不适用于无刷稳速直滚毫动捉。专嚣嚣宠透农平穗院较，筏国还存在着一定差距，至今_l丕没蠢笼瓣壹流电动机的国家标准。12稀永磁无剩壹流电动枕磷突意义无刷魑流电动机用开关变换器线路中的逆变器供电电流频率和电动机的转速始终保持同步，不会产生缀荡露失步瑗蒙；敬交遂变疆袭率开芙静魅发鞭序嚣W方便地实现四氖限运行，并可进行快速调速。它本质上是交流电机，由于没有电刷和换起器的火筏、磨损闷题，可以工作予离速，褥到较高的霹靠性；其工佟潜命长，笼需经常维护，蕻功率因数离，转予光损耗稻发热；程性能上，疑有功率密度大、体积小、转动惯嫩比大、动态制动简单等优点。除了
