摘要
电气伺服系统以其动态响应快、精度高的显著优点而在各行各业得到了广泛的应用与研究。快速响应永磁同步电机以其高功率密度、输出转矩平稳、控制精度高等优点而得到了伺服系统研发领域的青睐，目前已经成为伺服系统的主流。本文以提高快速响应永磁同步电机转矩输出能力和响应速度、降低转矩波动及损耗为目标，针对永磁同步电机本体进行分析与研究。 首先采用场路结合的方法进行了快速响应永磁同步电机的结构设计以及主尺寸确定。针对快速响应永磁同步电机对大输出转矩、小转矩波动的要求，进行了电机转矩特性的计算，研究了快速响应永磁同步电机槽口宽度、槽口高度以及极弧系数等结构参数对转矩特性的影响。详细研究了极弧系数对于转矩特性的影响，从极弧系数对于电机气隙磁密分布、等效磁导以及反电势波形的影响进行了转矩特性变化情况的分析。其中极弧系数的优化对于电机的转矩波动具有优秀的抑制作用。 针对快速响应永磁同步电机响应速度的要求，分析了电机相电感对于响应速度的影响。通过有限元方法分析了电机定子槽口宽度、槽口高度、齿宽以及永磁体极弧系数对于相电感的影响，研究结果表明当定子槽口宽度较大、槽口高度较小、齿宽较窄时，对相电感具有较好的抑制作用。在此基础上进行了电机工作性能的计算，其稳态静力性能和动态响应性能均满足相关指标。 从电机本体角度进行了快速响应永磁同步电机损耗的抑制。采用有限元方法进行了不同转速下电机损耗的计算。研究了槽口宽度、定子齿宽以及极弧系数等结构参数对于铜损、定子铁损以及永磁体涡流损耗的影响，并分析了产生影响的原因，为电机的损耗优化提供了依据。 在上述工作的基础上进行了快速响应永磁同步电机温升的研究。通过有限元法对电机工作时的温升进行了计算，并进行了快速响应永磁同步电机温升相关因素的研究，分析了机壳材料与外界空气流速对于快速响应永磁同步电机温升的影响，铝制机壳散热性能相对优秀，空气流速增加时，电机温升逐渐下降，但是下降的趋势逐渐变缓。
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