近年来电动垂直起飞和着陆(e VTOL)飞行器受到人们的关注/南方周末:2024新澳门2024原料网。相比传统燃油发动机驱动系统,电机驱动系统具有结构简单、起飞和降落距离短、运行成本低等优点。对于性能良好的飞行器来讲,电机的选择尤为重要。市面上常见的径向磁通电机存在缺点,所以对轴向磁通电机的结构进行研究分析,设计一种高效率和低损耗的电机,并且要求齿槽转矩小,这样可以避免噪声振动产生的影响。本课题确定了双转子单定子结构的轴向磁通电机,用于对电机结构有特殊要求的电动垂直起飞和着陆飞行器上。通过对电机的性能参数及定转子相关尺寸进行计算,设计了两种不同类型的轴向磁通永磁同步电机,确定了电机结构和电磁方案的设计。利用有限元软件ANSYS Maxwell分析了两种电机静态场和瞬态场下的工况,得到了电机磁密云图、磁路结构和反电动势等波形,以及负载情况下转矩仿真和损耗仿真波形等,验证了所设计电机的可行性。针对转矩脉动对电机平稳运行性能产生的影响,采用田口法对电机进行优化设计,对齿槽转矩和转矩脉动进行优化,选取永磁体和气隙作为优化参数,验证了优化后电机性能得到提升。此外还研究了无铁芯轴向磁通电机在双闭环控制系统中的性能,讨论了正弦波驱动方式对电机的作用效果。采用滑模观测器取代有传感器系统,得出转速、电机转子位置、转矩和电流波形,构建了相应的控制系统。经实验验证,本文所设计的电机参数合理、有效。
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