空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)電機(jī),結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)械可靠性高,具有較高的能量密度和良好的起動性能,同時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小,響應(yīng)速度快,控制性能比較好,在高速大轉(zhuǎn)矩、高能量密度、伺服系統(tǒng)等場合越來越被人們重視。但是以往空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)多作為測速發(fā)電機(jī),當(dāng)成傳感器使用,而本文研究的目的是將空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)作為功率元件使用,具有與傳統(tǒng)測速發(fā)電機(jī)使用場合具有不同的特點和特性要求。空心杯電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率密度高、控制簡單和穩(wěn)定性好等特點,它能實現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換,代表了電機(jī)的發(fā)展方向之一。正是基于空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)廣闊的發(fā)展前景,本文采用了電機(jī)設(shè)計公式和電磁場解析計算結(jié)合等效電路,以及電磁場有限元計算的方法對空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)計算,編寫了Matlab優(yōu)化程序并結(jié)合有限元仿真對空心杯電機(jī)的性能進(jìn)行了優(yōu)化與分析,相互印證,研究具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。項目具體研究內(nèi)容包括:1.對空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)的參數(shù)計算和性能分析的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研、歸納和總結(jié)。借鑒異步電機(jī)設(shè)計的思想,利用公式法、解析法和有限元法分別了空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)的T型等效電路的各個參數(shù)的計算,特別是對本文特殊的雙邊定子結(jié)構(gòu)電機(jī)的參數(shù)計算和等效方法進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo),給出了該結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點。2.利用公式計算和解析計算得到的參數(shù),建立異步電機(jī)T型等效電路,對電機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行了計算,編寫了相應(yīng)的Matlab計算程序,可以繪制空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)在不同頻率、不同電壓、不同電流、不同參數(shù)條件下的機(jī)械特性。重點考慮了兩種供電方式:控制輸入電壓不變;控制輸入電流不變。為電機(jī)性能的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。采用解析法和有限元法對本文空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行了細(xì)致的分析,利用Ansys和Ansoft等有限元分析軟件,建立了電機(jī)的二維有限元模型,應(yīng)用了定子通轉(zhuǎn)差頻率激勵的二維線性諧波場計算得到不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩,計算考慮了結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)導(dǎo)致的氣隙磁場的波動,結(jié)果相比而言更接近實際情況。另外,對空心杯轉(zhuǎn)子電機(jī)的機(jī)械特性的影響因素進(jìn)行了計算和分析,分析了6061鋁和10號鋼兩種轉(zhuǎn)子材料、磁導(dǎo)率、轉(zhuǎn)子電阻率、轉(zhuǎn)子端部效應(yīng)等對機(jī)械特性的影響規(guī)律。3.利用遺傳算法編寫了優(yōu)化電機(jī)性能參數(shù)的優(yōu)化程序,文中以一臺多相永磁電機(jī)作優(yōu)化案例,闡述了優(yōu)化程序的靈活性和有效性,最后完成了對空心杯轉(zhuǎn)子這種獨特結(jié)構(gòu)電機(jī)的優(yōu)化和分析。