1、單相永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、維護方便等優(yōu)點，在家用電器領(lǐng)域中單相永磁同步電機將逐漸取代單相感應電機，但目前對單相永磁同步電機尚缺少系統(tǒng)深入的研究。本課題以一種新型結(jié)構(gòu)的U型鐵芯單相自起動永磁同步電機為研究對象，從數(shù)學模型、參數(shù)計算、動態(tài)過程以及氣隙結(jié)構(gòu)和銅套厚度優(yōu)化設(shè)計等方面入手對該電機進行深入的分析，為U型鐵芯單相永磁同步電機性能的準確分析計算提供了理論依據(jù)。 U型鐵芯單相自起動永磁同步電機的數(shù)學模型不同于一般同步電

2、機的數(shù)學模型。針對該電機定子繞組自感與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角無關(guān)而轉(zhuǎn)子繞組自感及互感為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角函數(shù)的特點，通過ab旋轉(zhuǎn)坐標系到aβ靜止坐標系的變換，建立了U型鐵芯單相自起動永磁同步電機穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的數(shù)學模型。 繞組電感參數(shù)計算的精度直接影響電機性能的準確分析。文中利用等效磁路法和二維渦流場的解析計算方法，導出了定子繞組電感和轉(zhuǎn)子銅套等效阻抗的解析表達式，為該類電機的參數(shù)計算提供了依據(jù)。利用有限元法揭示了U型鐵芯單相自起動永磁同步電機電感參數(shù)的變

3、化規(guī)律。利用A，-A三維有限元法計算了銅套內(nèi)的渦流，得到了銅套的等效阻抗。將二維和三維磁場的計算結(jié)果相結(jié)合，確定了繞組的端部漏抗。 起動問題是U型鐵芯單相自起動永磁同步電機設(shè)計中的一個關(guān)鍵性問題，該電機的起動過程十分復雜。為了準確地分析該電機的起動特性，本文利用時步有限元法對電機在空載、負載下的起動過程以及電機負載突變時的動態(tài)過程進行了仿真計算；作為比較，對不帶銅套的U型單相永磁同步電機的空載起動過程也進行了計算，驗證了銅套能有

4、效地抑制電機轉(zhuǎn)速波動。針對單相永磁同步電機所特有的旋轉(zhuǎn)方向問題，通過對描述電機動態(tài)過程狀態(tài)方程的求解，分析討論了合閘相位角α和轉(zhuǎn)子初始角θ0對電機旋轉(zhuǎn)方向的影響。 不對稱階梯氣隙的引入和永磁體外側(cè)銅套的采用對U型鐵芯單相永磁同步電機的起動和運行的穩(wěn)定性起著重要的作用。本文在不同的氣隙結(jié)構(gòu)參數(shù)下利用二維有限元法對定子電樞磁場、永磁體空載磁場進行了計算，得到了氣隙結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時電機電樞磁場、定位轉(zhuǎn)矩和初始相位角θ0的變化曲線。利用有

5、限元法得到了電機轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速的百分數(shù)、銅套內(nèi)的渦流損耗與銅套厚度的關(guān)系曲線。這些曲線為U型鐵芯單相自起動永磁同步電機的設(shè)計提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 銅套內(nèi)的渦流損耗使轉(zhuǎn)子溫度升高，永磁體的磁化性能隨之改變。為了確定溫升對永磁體磁化性能的影響，本文建立了U型鐵芯單相自起動永磁同步電機三維溫度場有限元計算的數(shù)學模型，基于流體相似理論確定了散熱系數(shù)，結(jié)合渦流場計算中損耗的計算結(jié)果，計算了永磁體的平均溫度；進一步得到了永磁體的平均溫度與銅套