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永磁无刷直流电动机优化设计和转矩脉动抑制

钱强  
【摘要】: 无刷直流电动机具有调速性能好、控制方法灵活多变、起动转矩大、过载能力强、体积小、重量轻以及寿命长等优点,因此其应用范围遍及各个领域,但其最突出的问题就是转矩脉动。本文以减小转矩脉动为目的,运用遗传算法对永磁无刷直流电机进行优化设计,并结合有限元电磁场分析对优化前后的电机进行静、动态特性分析,分析所得结论可以为削弱永磁无刷直流电机的转矩脉动提供理论依据。 本文主要做了如下几个方面的工作: 1.介绍了永磁无刷直流电机运行系统的组成、电机的工作原理和研究现状,总结了永磁无刷直流电机转矩脉动的成因和抑制方法。 2.详细介绍了遗传算法数学模型涉及到的电机优化设计目标、优化设计变量和约束条件、交叉算子变异算子的改进以及优化算法的收敛问题。 3.重点讨论了永磁无刷直流电机电磁设计的计算公式。采用改进的自适应遗传算法,在Visual Basic语言环境下编制了永磁无刷直流电动机优化设计程序,并对一台用于汽车转向泵的外转子永磁无刷直流电动机本体结构,以削弱电机转矩脉动为目标进行了优化设计,得到了电机优化后的结构参数和性能参数。 4.对优化设计前后的永磁无刷直流电动机建立了二维静态有限元分析模型,分析了空载和负载时的磁力线分布、气隙磁密波形等。建立了永磁无刷直流电机的时步有限元分析模型,分析了电机优化前后的动态特性,包括电机负载运行时的电压、电流、反电动势、转矩、转速波形。 5.考虑到电机具体结构特点,建立了优化前后永磁无刷直流电机的三维有限元静、动态特性分析模型,在三维模型下分析了电机空载和负载时的磁力线分布、气隙磁密波形以及电机负载运行时的电压、电流、反电动势、转矩、转速波形,以此作为对二维有限元分析结果的补充和校核。


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