空心杯轉子電機是一種特殊結構電機,結構簡單,機械可靠性高,具有較高的能量密度和良好的起動性能,同時轉子的轉動慣量小,響應速度快,控制性能比較好,在高速大轉矩、高能量密度、伺服系統等場合越來越被人們重視。但是以往空心杯轉子電機多作為測速發電機,當成傳感器使用,而本文研究的目的是將空心杯轉子電機作為功率元件使用,具有與傳統測速發電機使用場合具有不同的特點和特性要求。空心杯電機具有結構簡單、效率高、功率密度高、控制簡單和穩定性好等特點,它能實現高效率的能量轉換,代表了電機的發展方向之一。正是基于空心杯轉子電機廣闊的發展前景,本文采用了電機設計公式和電磁場解析計算結合等效電路,以及電磁場有限元計算的方法對空心杯轉子電機的參數進行了詳細的推導計算,編寫了Matlab優化程序并結合有限元仿真對空心杯電機的性能進行了優化與分析,相互印證,研究具有重要的現實意義和理論價值。項目具體研究內容包括:1.對空心杯轉子電機的參數計算和性能分析的研究現狀進行了調研、歸納和總結。借鑒異步電機設計的思想,利用公式法、解析法和有限元法分別了空心杯轉子電機的T型等效電路的各個參數的計算,特別是對本文特殊的雙邊定子結構電機的參數計算和等效方法進行了詳細推導,給出了該結構具有的優點。2.利用公式計算和解析計算得到的參數,建立異步電機T型等效電路,對電機的機械特性進行了計算,編寫了相應的Matlab計算程序,可以繪制空心杯轉子電機在不同頻率、不同電壓、不同電流、不同參數條件下的機械特性。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。為電機性能的優化奠定了基礎。采用解析法和有限元法對本文空心杯轉子電機的機械特性進行了細致的分析,利用Ansys和Ansoft等有限元分析軟件,建立了電機的二維有限元模型,應用了定子通轉差頻率激勵的二維線性諧波場計算得到不同轉子轉速下的轉矩,計算考慮了結構細節導致的氣隙磁場的波動,結果相比而言更接近實際情況。另外,對空心杯轉子電機的機械特性的影響因素進行了計算和分析,分析了6061鋁和10號鋼兩種轉子材料、磁導率、轉子電阻率、轉子端部效應等對機械特性的影響規律。3.利用遺傳算法編寫了優化電機性能參數的優化程序,文中以一臺多相永磁電機作優化案例,闡述了優化程序的靈活性和有效性,最后完成了對空心杯轉子這種獨特結構電機的優化和分析。