空心杯转子电机是一种特殊结构电机,结构简单,机械可靠性高,具有较高的能量密度和良好的起动性能,同时转子的转动惯量小,响应速度快,控制性能比较好,在高速大转矩、高能量密度、伺服系统等场合越来越被人们重视。但是以往空心杯转子电机多作为测速发电机,当成传感器使用,而本文研究的目的是将空心杯转子电机作为功率元件使用,具有与传统测速发电机使用场合具有不同的特点和特性要求。空心杯电机具有结构简单、效率高、功率密度高、控制简单和稳定性好等特点,它能实现高效率的能量转换,代表了电机的发展方向之一。正是基于空心杯转子电机广阔的发展前景,本文采用了电机设计公式和电磁场解析计算结合等效电路,以及电磁场有限元计算的方法对空心杯转子电机的参数进行了详细的推导计算,编写了Matlab优化程序并结合有限元仿真对空心杯电机的性能进行了优化与分析,相互印证,研究具有重要的现实意义和理论价值。项目具体研究内容包括:1.对空心杯转子电机的参数计算和性能分析的研究现状进行了调研、归纳和总结。借鉴异步电机设计的思想,利用公式法、解析法和有限元法分别了空心杯转子电机的T型等效电路的各个参数的计算,特别是对本文特殊的双边定子结构电机的参数计算和等效方法进行了详细推导,给出了该结构具有的优点。2.利用公式计算和解析计算得到的参数,建立异步电机T型等效电路,对电机的机械特性进行了计算,编写了相应的Matlab计算程序,可以绘制空心杯转子电机在不同频率、不同电压、不同电流、不同参数条件下的机械特性。重点考虑了两种供电方式:控制输入电压不变;控制输入电流不变。为电机性能的优化奠定了基础。采用解析法和有限元法对本文空心杯转子电机的机械特性进行了细致的分析,利用Ansys和Ansoft等有限元分析软件,建立了电机的二维有限元模型,应用了定子通转差频率激励的二维线性谐波场计算得到不同转子转速下的转矩,计算考虑了结构细节导致的气隙磁场的波动,结果相比而言更接近实际情况。另外,对空心杯转子电机的机械特性的影响因素进行了计算和分析,分析了6061铝和10号钢两种转子材料、磁导率、转子电阻率、转子端部效应等对机械特性的影响规律。3.利用遗传算法编写了优化电机性能参数的优化程序,文中以一台多相永磁电机作优化案例,阐述了优化程序的灵活性和有效性,最后完成了对空心杯转子这种独特结构电机的优化和分析。