永磁同步伺服電動機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法研究.pdf

1、本文主要以分數(shù)槽永磁同步伺服電動機為研究對象，深入研究轉(zhuǎn)矩脈動的成因并提出一些新穎且實用的抑制方法。從電機的設(shè)計優(yōu)化、制造工藝、實驗測試等方面進行了系統(tǒng)研究，在諸多方面有創(chuàng)新和完善。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴闡述了研究背景和意義，介紹永磁同步伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總結(jié)了削弱齒槽轉(zhuǎn)矩和抑制轉(zhuǎn)矩脈動的方法，分析了它們使用特點以及存在的問題，分析了模塊化定子結(jié)構(gòu)永磁同步電動機制造過程中存在的誤差。綜述實驗設(shè)計和穩(wěn)健性設(shè)計方法，分析

2、它們在電機設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀、使用特點及存在的問題。⑵研究了引起永磁電機轉(zhuǎn)矩脈動的三種來源，齒槽轉(zhuǎn)矩、永磁諧波轉(zhuǎn)矩和磁阻諧波轉(zhuǎn)矩，分析其產(chǎn)生機理?；谀芰糠ㄍ茖Я她X槽轉(zhuǎn)矩解析表達式；推導了永磁諧波轉(zhuǎn)矩和磁阻諧波轉(zhuǎn)矩表達式。研究抵消法在削弱齒槽轉(zhuǎn)矩中應(yīng)用，包括系數(shù)抵消和直接轉(zhuǎn)矩抵消，推導了實現(xiàn)抵消的限制條件；研究抵消法在削弱瞬時轉(zhuǎn)矩諧波的應(yīng)用。⑶研究削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。首先，分析主要設(shè)計參數(shù)對電機齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，總結(jié)了它們的取值特點并確

3、定影響主次順序，建立了基于實際制造水平的綜合實驗參數(shù)設(shè)計法的完整設(shè)計流程。接著，重點研究兩種不對稱 V型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)消弱內(nèi)置式永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩，闡述設(shè)計原理并有限元驗證，基于田口正交實驗設(shè)計優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，對比分析了電機的主要性能，評估了旋轉(zhuǎn)方向的影響，樣機研制并實驗測試。⑷研究抵消法在抑制內(nèi)置式永磁電機轉(zhuǎn)矩脈動中的應(yīng)用。采用不對稱轉(zhuǎn)子沖片構(gòu)成軸向兩段結(jié)構(gòu)抑制電機的轉(zhuǎn)矩脈動，研究了三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括不對稱“一”型結(jié)構(gòu)、不對稱“V”型結(jié)構(gòu)、不

4、對稱“spoke”型結(jié)構(gòu)，并確定優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，采用有限元法計算并驗證分析模型的合理性，并與分段斜極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模型進行性能對比，研制了三種工程樣機，實驗測試驗證設(shè)計方法。在軸向兩段式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研究整體式不對稱轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，涉及四分之一圓2極交替結(jié)構(gòu)和半圓4極交替結(jié)構(gòu)，分析轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方法，從氣隙磁密和齒槽轉(zhuǎn)矩兩方面分別分析抵消法實現(xiàn)的可行性，有限元預測了電機的主要轉(zhuǎn)矩特性，驗證了設(shè)計方法的合理性。⑸研究了模塊化定子結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的制

5、造誤差對電機轉(zhuǎn)矩脈動的影響。涉及7種制造誤差，分別為定子內(nèi)表面圓度誤差、定子槽口誤差、定子鐵心軸向彎曲、定子拼接處附加氣隙、永磁體偏移、轉(zhuǎn)子偏心、鐵心邊緣導磁性能變化。分析了它們的形成原因，構(gòu)建了基于國內(nèi)實際制造水平的統(tǒng)一有限元模型，有限元預測各種誤差模型的齒槽轉(zhuǎn)矩和瞬時轉(zhuǎn)矩，確定制造誤差的主次順序。設(shè)計了兩種裝配工裝用以改善制造誤差對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，樣機研制、實驗測試，評估改進工藝的效果。⑹研究了考慮制造誤差影響的電機穩(wěn)健性設(shè)計。田口