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摘 要

随着我国永磁电机设计经验的丰富与成熟，永磁同步电机极大的提高了电机的安全性、稳定性及功率密度；由永磁同步电机构成的交流电机调速系统具有宽广的调速范围及较高的效率和功率因素。因此永磁同步电机可以很好的应用于伺服的设计领域，提高电机运行性能以及技术能力水平。

本文研究的是额定功率为1KW的低惯量永磁伺服电机。首先通过电机电磁结构及稳态运行性能进行计算分析，以此完成电机的基本设计；进而通过设计要求分别对电机的转子结构、定子绕组、电磁负荷等进行理论计算，由此设计电机的电磁设计方案；最后运用电磁分析软件Ansoft Maxwell建立低惯量永磁伺服电机的电磁模型，然后对电磁参数、转矩、损耗、输出功率、效率等进行详尽的有限元仿真运算。最后对样机进行分析，以此优化电机结构及电磁性能，最终得出合理的电机设计方案。

关键词：永磁电机；伺服系统；低惯量；1KW；电磁设计

Electromagnetic design of a 1KW low inertia PMSM

Abstract

With the rich and mature design,experience of permanent magnet motor in China, permanent magnet synchronous motor greatly improves the safety, stability and power density of the motor. The ac motor speed regulation system composed of permanent magnet synchronous motor has wide speed range and high efficiency and power factor. Therefore, permanent magnet synchronous motor can be applied in the design field of servo, improving the performance of motor and technical ability.

This paper studies the low inertia permanent magnet servo motor with rated power of 1KW. Firstly, the basic design of the motor is completed by calculating and analyzing the electromagnetic structure and steady-state performance of the motor. Furthermore, the design requirements of the rotor structure, stator winding and electromagnetic load of the motor are calculated, and the electromagnetic design scheme of the motor is designed. Finally using the electromagnetic analysis software Ansoft, low inertia Maxwell electromagnetic model of permanent magnet servo motor, and then the electromagnetic parameters, torque, loss, output power, efficiency and so on carries on the detailed finite element simulation computation. Finally, the prototype is analyzed to optimize the structure and electromagnetic performance of the motor, and finally a reasonable design scheme is obtained.

Keywords: permanent magnet motor; Servo system; Low inertia; 1 KW; Electromagnetic design

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2低惯量永磁伺服电机发展概况 2

1.3本课题的主要研究内容 2

第二章 低惯量永磁伺服电机的基本理论 3

2.1低惯量永磁伺服电机的基本结构 3

2.1.1低惯量永磁伺服电机的总体结构 3

2.1.2低惯量永磁伺服电机转子磁路结构 3

2.2低惯量永磁伺服电机的稳态运行性能 4

2.3 低惯量永磁伺服电机转矩、转速曲线测试 6

2.4 稳态运行与相量图 7

2.5 本章小结 7

第三章 低惯量永磁伺服电机电磁设计 8

3.1低惯量永磁伺服电机本体设计 8

3.2低惯量永磁伺服电机设计示例 8

3.2.1额定数据及主要尺寸 8

3.2.2永磁体及定转子冲片设计 9

3.2.3绕组计算 11

3.2.4 工作特性计算 11

3.3 电压系数计算 12

3.4本章小节 12

第四章 有限元模拟仿真分析 13

4.1 有限元分析软件Ansoft Maxwell 13

4.2 建立RMxprt模型 13

4.2.1 电机RMxprt定子模型建立 13

4.2.2 电机RMxprt转子模型建立 14

4.2.3 永磁体矫顽力设置 15

4.2.4 通过RMxprt计算电机绕组电感 16

4.3仿真分析 16

4.3.1 RMxprt模型仿真运算 16

4.3.2 绘制电机n-T曲线 17

4.4本章小结 18

第五章 结论 19

致谢 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1选题背景

随着人类社会的进步与发展，环境保护方面的问题日渐突出，对应着人们对能源的需求也日渐增强。“能源”已经成为影响国家经济与发展的重大战略性问题，“高效节能”已经成为一种基本国策，列入各级政府的工作计划之中。电机，作为人类日常生活工业发展等重要的一环，占据了大量耗能基数的它，不免被委予“节能”重任。因此，提高电机工作效率、节约自然资源成为各国的共同目标。

在我国永磁电机设计经验日益积累的前提下，永磁同步电机的发展在电机研发的行业内极大的提高了电机的安全及稳定性；在此前提下，交流电机调速系统的出现带给了永磁同步电机更为宽广的调速范围，并且极大的提高了电机的效率和功率因素。因此，伺服领域可以说是永磁同步电机发展的最佳伙伴，他的加入可以极大的提高电机运行性能以及扩展电机研发的技术能力水平。

近年来，由于国民经济持续性的快速发展及人民生活水平的提高，电机性能方面的要求日渐增强。伺服系统控制器的性能在数字控制系统成熟的理论支持及性价比日益提高的电力电子器件潮流下，随之也在不断提高。其中最为关键的一环便是——如何提高伺服电机的性能：伺服电机是伺服系统的核心，是伺服系统发展体系中最为重要的一环。

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