大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机电磁设计研究

论文摘要

在人类对宇宙探索过程中,对天文望远镜提出了更高的要求。天文望远镜正朝着探测距离长、精度高以及范围广的方向发展。这就要求与之相应的驱动装置的具备高转矩和高控制精度。本文开展大口径天文望远镜用弧线电机电磁设计研究,采用直驱运行方式,可满足大口径天文望远镜的发展需求。论文分析了国内外研究现状,提出了一种圆筒式弧线永磁同步电机(CAPMSM)。以CAPMSM为研究对象,开展了工作原理、绕组设计、结构优化、力矩波动抑制、电磁特性等方面研究。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)介绍大型天文望远镜的发展历史,概述了大口径望远镜的驱动方式的研究现状、大口径望远镜用弧线电机的应用现状以及望远镜用弧线电机的研究难点。(2)对圆筒式弧线永磁同步电机结构和工作原理的分析,给出了圆筒式弧线永磁同步电机的设计步骤,确定了电机的基本尺寸。(3)提出交叉绕组的连接方式解决三相绕组空间不对称问题,通过有限元分析方法验证了交叉绕组的连接方式在抑制力矩波动上有效性。(4)分析气隙长度、槽口宽度、极弧系数等方面对磁阻力矩的影响,提出了基于分数槽结构、单块转子的周向弧线角度、多块转子间的空间弧线角度、Halbach充磁方式等优化方法,达到减小电机力矩波动的目的。(5)对优化后的电机模型进行电磁特性分析,通过有限元仿真验证了优化后的模型,具有更好的转矩特性、更低的空载反电动势的谐波畸变率。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 大型天文望远镜驱动方式研究现状

1.3 大口径望远镜用弧线永磁同步电机的应用现状

1.3.1 大口径望远镜用弧线永磁同步电机

1.3.2 弧线电机的研究难点

1.4 论文主要工作及章节安排

第2章圆筒式弧线永磁同步电机的基本理论及设计

2.1 圆筒式弧线永磁同步电机基础理论

2.1.1 基本结构

2.1.2 圆筒式弧线永磁电机的工作原理

2.2 圆筒式弧线永磁同步电机设计

2.2.1 主要尺寸确定

2.2.2 槽极数确定

2.2.3 绕组设计

2.2.4 单块转子的周向弧线角度确定

2.2.5 圆筒式弧线永磁同步电机的有限元仿真模型参数说明

2.2.6 圆筒式弧线永磁同步电机的磁路分析

2.3 本章小结

第3章圆筒式弧线永磁同步电机的交叉绕组分析

3.1 基本原理分析

3.2 传统绕组连接方式与交叉绕组连接方式的比较分析

3.3 本章小结

第4章圆筒式弧线永磁电机的力矩波动分析及优化

4.1 电机力矩脉动概述与分析

4.2 电机结构尺寸对磁阻力矩的影响研究

4.2.1 气隙长度对磁阻力矩的影响

4.2.2 转子铁心槽口宽度对磁阻力矩的影响

4.2.3 极弧系数对磁阻力矩的影响

4.3 齿槽力矩的分析及优化

4.3.1 齿槽力矩分析

4.3.2 基于分数槽结构的齿槽力矩的优化

4.4 端部力矩的分析与优化

4.4.1 端部效应分析

4.4.2 基于单块转子的周向弧线角度的优化分析

4.4.3 基于多块转子间空间弧线角度的优化分析

4.5 基于Halbach充磁方式的分析及优化

4.5.1 Halbach充磁方式的原理

4.5.2 Halbach充磁方式对圆筒式弧线永磁同步电机的影响

4.6 本章小结

第5章圆筒式弧线永磁电机的电磁特性分析

5.1 模型对比分析及模型选定

5.2 电磁特性分析

5.3 本章小结

第6章总结展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文及成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛松寒

导师: 房淑华,曹胜华

关键词: 大口径天文望远镜,圆筒式弧线永磁同步电机,交叉绕组,齿槽力矩,端部力矩,力矩波动,充磁,电磁特性

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 天文学,仪器仪表工业

单位: 东南大学

基金: 国家自然科学天文联合基金项目(U1731133)

分类号: TH751

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.002936

总页数: 75

文件大小: 2836K

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