【摘 要】
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永磁体助磁的单相双凸极电机(Permanent Magnet Assisted Single Phase Doubly Salient Motor,PMASPDSM)结合了开关磁阻电机转子结构简单、坚固和永磁电机高效率的特点,具有良好的应用前景。可以应用在智能家居、家用电器等小功率应用场合。本文在对其的研究与分析之上,设计一台额定功率45W,额定转速2000r/min的PMASPDSM。论文的主要
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永磁体助磁的单相双凸极电机(Permanent Magnet Assisted Single Phase Doubly Salient Motor,PMASPDSM)结合了开关磁阻电机转子结构简单、坚固和永磁电机高效率的特点,具有良好的应用前景。可以应用在智能家居、家用电器等小功率应用场合。本文在对其的研究与分析之上,设计一台额定功率45W,额定转速2000r/min的PMASPDSM。论文的主要研究内容如下:1、首先针对具有特殊拓扑结构的PMASPDSM,研究了其拓扑结构和工作原理,分析了其电势方程和转矩方程。其次由于传统的异步电机和永磁电机的功率方程对于PMASPDSM已经不再适用,故推导了其功率方程,对PMASPDSM初步设计提供了理论依据。2、利用推导的功率方程,结合开关磁阻电机的设计原则,确定了PMASPDSM的基本结构参数,由安培定律初步确定了永磁体的磁化高度。为实现PMASPDSM的自起动,定转子极面之间设计了渐变型气隙,经过分析初步确定了渐变型气隙的比率。最后分析了PMASPDSM气隙比率、轴向长度、定转子极弧角配合、永磁体磁化高度、隔磁槽宽度、对电机效率和齿槽转矩的影响,为电机的优化提供了参考。3、在PMASPDSM的初步设计和特性分析基础上,将电机效率作为优化目标,选择气隙比率、隔磁槽宽度、永磁体磁化高度、转子极弧角作为优化参数。采用田口法进行优化,利用有限元法求解实验矩阵,对实验结果进行平均值和方差分析,得出最优的参数组合。在田口法优化的基础之上,采用响应曲面法拟合出PMASPDSM效率与隔磁槽宽度、永磁体磁化高度、转子极弧角度之间的函数方程,最后利用鲸鱼算法进行寻优,得出最优的参数组合。经有限元仿真验证,PMASPDSM效率经优化后可达90.42%。4、电机温升对电机的运行性能有重要影响,因此对电机温度场进行计算分析较为重要。建立PMASPDSM的电磁场仿真模型,并进行求解,将求解的损耗作为PMASPDSM温度场分析的热源,采用磁-热耦合法对电机温度场进行计算分析。分别研究了电机在额定状态下的温度分布、不同负载情况下的温度分布、不同环境温度下的温度分布,经分析证明PMASPDSM散热性较好。
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