直流電機(jī)電磁場理論以及無E+E位置傳感器技術(shù)的研究
高速永磁無刷直流電機(jī)，由于高功率密度，高效率以及控制簡單等特點(diǎn)，是目前高速電機(jī)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用于高速電主軸驅(qū)動系統(tǒng)和渦輪機(jī)械系統(tǒng)，在航空航天、車輛、機(jī)械加工以及電子制造等領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。

直流電機(jī)電磁場理論以及無E+E位置傳感器技術(shù)的研究
高速永磁無刷直流電機(jī)在高速運(yùn)行中的關(guān)鍵問題主要體現(xiàn)在離心力和溫升對永磁體材料機(jī)械性能和磁性能的沖擊，E+E位置傳感器無法滿足高速運(yùn)行的要求以及接觸性軸承極限轉(zhuǎn)速的限制。針對以上問題，眾多學(xué)者展開了方方面面的研究。研究方向主要有轉(zhuǎn)子渦流損耗分析、轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析、轉(zhuǎn)子應(yīng)力分析、無E+E位置傳感器技術(shù)以及軸承支撐技術(shù)。 本文針對高速永磁無刷直流電機(jī)關(guān)鍵問題中的電磁場理論和無E+E位置傳感器技術(shù)展開了研究，主要工作如下： 首先，本文在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，在似恒電磁場理論體系下進(jìn)一步完善了高速永磁無刷直流電機(jī)空載磁場數(shù)學(xué)模型，電樞電磁場數(shù)學(xué)模型以及負(fù)載電磁場數(shù)學(xué)模型（以二二導(dǎo)通方式為例）。其中，考慮速度效應(yīng)和渦流效應(yīng)，以靜止坐標(biāo)系為參照，基于雙重傅氏級數(shù)，在復(fù)數(shù)域內(nèi)采用諧性分析方法，通過求解擴(kuò)散方程解析出了電機(jī)內(nèi)的瞬態(tài)電磁場，為轉(zhuǎn)子渦流損耗的建模與分析奠定了理論基礎(chǔ)。該數(shù)學(xué)模型與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比，證實(shí)了所建立的電磁場數(shù)學(xué)模型的合理性。其次，本文在所建立的電機(jī)電磁場數(shù)學(xué)模型和坡印亭定理的基礎(chǔ)上建立了轉(zhuǎn)子渦流損耗數(shù)學(xué)模型，并分析了電流各次諧波、材料特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)子渦流損耗以及轉(zhuǎn)子渦流損耗分配規(guī)律的影響。提出了以減小轉(zhuǎn)子渦流損耗為目標(biāo)的高速永磁無刷直流電機(jī)的本體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該數(shù)學(xué)模型與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比，證實(shí)了所建立的轉(zhuǎn)子渦流損耗數(shù)學(xué)模型的合理性。 zui后，本文研究并分析了現(xiàn)有的無E+E位置傳感器技術(shù)，針對傳統(tǒng)無E+E位置傳感器技術(shù)的不足，和高速永磁無刷直流電機(jī)對無E+E位置傳感器技術(shù)的新要求，提出了一種基于坐標(biāo)變換的無E+E位置傳感器技術(shù)。該技術(shù)與三次諧波法的無位置傳感技術(shù)相比，具有信噪比高、不受電機(jī)本體結(jié)構(gòu)影響等特點(diǎn)。

直流電機(jī)電磁場理論以及無E+E位置傳感器技術(shù)的研究
此外，該技術(shù)由于利用正交坐標(biāo)變換的連續(xù)性，可實(shí)時估算電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法相比具有較高的快速性。 在以上理論分析的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一臺額定轉(zhuǎn)速60krpm，額定功率2.5kW的原理樣機(jī)，并進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)，對空載損耗、空載轉(zhuǎn)矩、機(jī)械特性和工作特性進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了本文所提出的無E+E位置傳感器技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。