起重机械用锥形永磁同步电机研究

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起重机械的驱动装置除了需提供足够的动力外，同时需提供制动力，减小安全隐患。本文提出锥形永磁同步电机(Conical-Rotor Permanent Magnet Synchronous Motor,CR-PMSM)结构，向外输出较大转矩，同时产生轴向磁拉力与制动器配合完成制动，省略减速器，效率高、空间省，是应用在起重机械的一种新思路。本文以直驱式内转子表贴式径向磁场CR-PMSM为研究对象，深入研究其磁场分布特点、轴向磁拉力规律以及转矩性能。
　　首先，概述了锥形电机的发展现状以及低速大转矩永磁电机的主要研究问题，阐述CR-PMSM在起重机械中的工作原理，给出电机总体结构，分析与电机配合的蝶形弹簧力值及位移的计算。将CR-PMSM轴向均匀分段，建立磁路模型，说明进行三维有限元仿真计算的必要性。针对低速大转矩电机定子绕组较多、电阻较大的特点，推导其电压、电流极限轨迹，分析应用在起重机械中CR-PMSM转矩和轴向磁拉力的控制方式，指导电机本体设计。
　　其次，利用三维有限元仿真分析软件，针对C R-PMSM特殊的磁场分布进行详细研究，包括不同锥角时的气隙磁场分布和气隙磁密径向分量及轴向分量，分析其空载磁链和反电势的规律。结合特殊的磁场分布规律，研究CR-PMSM的轴向磁拉力，包括空载时不同锥角、轴向位移对轴向磁拉力的影响，负载时直、交轴电流分别作用和共同作用对轴向磁拉力的影响，通过轴向磁拉力规律，合理设计参数以期达到制动轴向力的要求。
　　输出转矩是直驱式CR-PM SM的重要性能参数之一，分析不同锥角时的矩角特性，主要考察其最大转矩，研究不同锥角、电流引起的饱和对输出转矩的影响。针对分数槽集中绕组漏磁较大的特点，理论推导双层绕组半闭口槽的槽漏感，基于四种端部漏磁磁力线理论推导CR-PM SM的端部漏感，给出表达式，通过端部漏磁导得到端部绕组的长度。
　　最后，根据指标和设计方案研制样机，搭建实验平台，验证空载特性，包括空载反电势和空载轴向磁拉力随轴向位移时的变化规律。另外验证直轴电流对轴向磁拉力的影响。

著录项

作者
万佳;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名柴凤;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类起重机械;其他机械元件;
关键词
起重机械; 锥形永磁同步电机; 磁场分布; 轴向磁拉力规律; 转矩性能;

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