永磁无刷直流电机机械结构参数化设计及机械性能分析

摘要

永磁无刷直流电机作为机电一体化产品，具有将电能转化为机械能的功能。它克服了一般电动机存在的换向火花、可靠性差、高噪音等缺点，同时拥有结构简单、运行可靠、效率高等优点，因此在航空航天、自动化装配、医疗器械、家电等领域应用日益广泛。通用电机分析软件对技术员的要求较高、及较高的软件版权，此外与国内电动机生产厂商在实际生产，以及国内开发的软件与国际通用软件在使用方法和功能上都有着巨大的差距。因此开发出界面简单、操作便捷的电机辅助设计软件对国内电机厂商的实际设计与生产有着至关重要的作用。 本文对永磁无刷直流电机的工作原理和设计方法进行分析与研究。主要以一台 24 槽的永磁无刷直流电机为例，计算出结构尺寸和电磁参数。利用 Ansoft 软件分析并得到电机的性能曲线。同时利用软件本身的参数优化功能，研究电机的铁芯长度等结构参数对电机效率的影响。在Ansoft Maxwell软件的基础上以Visual Basic编程软件为平台使用VB脚本语言开发出电机性能分析系统，如果性能不符合要求，通过该系统只需调整电机结构尺寸等相应参数，重新运行程序即可，不需要人工反复计算，直到电机的性能和设计达到相对最优，从而确定为最终的设计方案。 其次，本文借助 ANSYS有限元分析平台对电机机械结构进行了模态分析以及谐响应分析等。运用 ANSYS 软件自带的 APDL 语言可以对其进行二次开发，本文在Visual Studio软件开发平台，使用C++语言封装APDL命令流从而实现对ANSYS软件进行二次开发并设计出交互式界面，使用该系统可以快速的对电机结构进行三维建模及相应的分析，从而提高设计及分析效率。最后将上述两个系统进行整合，设计出永磁无刷直流电机辅助设计系统。此系统不仅能对无刷直流电机进行性能及磁场分析，也能对电机的结构性能进行分析，并且对企业生产系列化电机以及开发新产品提供了帮助，因此极大的提高了设计效率。

目录

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 永磁无刷直流电机设计

2.1 永磁无刷直流电机的工作原理

2.2 永磁无刷直流电机结构简介

2.3 电机设计

2.4 本章小结

第3章 永磁无刷直流电机的性能参数化分析

3.1 有限元理论

3.2 永磁无刷直流电机性能及瞬态分析

3.3 Ansoft软件二次开发

3.4 本章小结

第4章 永磁无刷直流电机机械结构参数化设计及分析

4.1 ANSYS软件简介

4.2 轴有限元分析

4.3 热结构耦合分析

4.4 ANSYS软件二次开发

4.5 本章小结

第5章 永磁无刷直流电机辅助设计系统

5.1 永磁无刷直流电机辅助设计系统简述

5.2 主界面设计

5.3 电磁计算及性能分析

5.4 ANSYS参数化建模及分析界面

5.5 实验对比

5.6 本章小结

总结与展望

全文总结

工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 电机性能分析主程序