飞轮用双转子无刷直流电机的电磁设计和实验研究

admin · 发表于 2024-1-30 20:30:41

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飞轮是卫星等空间飞行器实现高精度姿态控制通常采用的执行机构，体积小、重量轻、长寿命、高可靠性、低功耗一直是飞轮系统研究所追求的目标。飞轮电机是卫星姿态控制系统中的核心部件，其性能直接影响姿态控制的精度、稳定性及系统功耗。本文针对外转子结构电机在小型飞轮中气隙磁密波形及反电势波形质量较差，转矩脉动和降速功耗较大的题目，对其进行电磁结构的分析与改进，提出了一种双转子结构的无刷直流电机，并对该电机进行电磁设计和实验研究。主要的研究工作包括以下几个方面：（1）分析飞轮用无刷直流电机的结构原理，对外转子结构和双转子结构进行电磁分析，选择基于ANSYS的场路结合设计法对双转子结构电机进行电磁设计。（2）应用ANSYS有限元分析软件对双转子无刷直流电机进行电磁分析与设计，具体包括电机转子铁心、转子永磁体和定子的设计，极弧系数和漏磁系数的计算，最后比较确定了电机整体方案和尺寸。（3）对双转子电机进行电磁性能分析。通过ANSYS仿真分析得到双转子结构与外转子结构下电机的气隙磁密波形，仿真结果表明双转子结构电机的气隙磁密波形度比外转子结构电机提高了18%。利用气隙磁密进一步计算得到了三相绕组反电势和电磁转矩，计算结果表明，双转子结构电机的转矩脉动比外转子结构减小了16.91%，这有利于提高系统的控制精度和稳定性，同时降低系统功耗。（4）分别加工了外转子和双转子无刷直流电机，对电机转子铁心材料和定子绕组进行了测试，测试结果符合设计要求。利用飞轮硬件实验平台对电机进行性能实验，测量得到两种结构电机的气隙磁密波形、端部漏磁和反电势波形，通过飞轮降速实验计算得到降速功耗。实验结果表明双转子电机气隙磁密波形质量提高了13%，转矩脉动减小了13.04%，降速功耗减小了30%。

飞轮用双转子无刷直流电机的电磁设计和实验研究

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