横向磁通永磁同步电机研究

论文摘要

提高电机的转矩密度,可以缩小电机的体积和重量,不仅节约原材料,而且可以使电机应用于许多对体积重量要求比较高的场合,同时横向磁通电机容易制成多极电机,适合低速大转矩直接驱动系统,是目前车、船电力驱动的发展方向。横向磁通电机由于可以获得较高的转矩密度现在正成为电机界研究的热点。作为国家高技术研究发展计划的一部分,本文对横向磁通永磁电机的一些共性关键技术问题进行了深入的研究,提出了横向磁通永磁电机的分析及电磁计算方法,并通过对横向磁通电机的结构和制造工艺的分析,提出了新型的工艺过程简便的结构。本文的工作主要包括以下几部分内容: 首先对本文研究的横向磁通电机的三维电磁场分析模型进行了简化,提出了对不符合周期条件的求解区域在工程设计允许的误差范围内进行简化处理的方法,同时对商业有限元软件进行了二次开发,编制了周期条件处理程序,减少了三维电磁场计算时间,使之更适合工程应用。 在此基础上,采用三维电磁场计算方法对横向磁通永磁电机内部磁通分布进行了研究,计算了各部分的磁通分布和漏磁通的走向,得到了电机的空载漏磁系数及空载反电动势以及主要的漏磁通分量。给出了在电磁场计算结果后处理基础上的横向磁通永磁电机的设计计算方法。在计算结果的指导下,本文提出了通过在转子端面附加轴向充磁永磁薄片以降低漏磁通从而提高横向磁通电机功率因数的方法,并设计出了新型的转子结构。 横向磁通电机结构复杂,但设计灵活,电机各参数之间相互制约,电机结构尺寸的选择对电机的转矩密度、漏磁系数影响很大,本文研究了横向磁通电机的结构参数对电机性能的影响趋势,给出了横向磁通电机设计的规律以及获得高的功率因数及转矩密度的途径和电机主要设计参数对电机性能的影响规律,为设计横向磁通电机提供了依据。 工艺性差是目前公认的一个主要问题。通过对各种电机的结构特点及其加工工艺的分析研究,提出了新型的横向磁通永磁电机结构,定子铁心采用硅钢片卷绕结构,转子采用内置式永磁体结构,给出了新的加工工艺方法。转子加工工艺过程与传统永磁电机相似,而卷绕定子铁心的加工工艺过程中,不需要冲剪,绕组机械化直接绕在定子铁心上,定子加工工艺性优于传统结构电机。同时没有冲剪下脚料产生,提高了定子硅钢片材料利用率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 横向磁通永磁电机与传统结构电机比较的优点
• 1.1.3 本课题的目的和意义
• 1.2 横向磁通电机的基本类型
• 1.2.1 按照传统结构电机分类方法分类
• 1.2.2 按照三相的排列方式分类
• 1.3 国内外相关研究发展状况和发展趋势
• 1.3.1 稀土永磁材料及稀土永磁电机其发展
• 1.3.2 国内外横向磁通电机研究情况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 横向磁通永磁电机的电磁计算方法及设计软件的研究
• 2.1 横向磁通永磁电机的三维电磁场分析
• 2.1.1 模型的建立与简化
• 2.1.2 APDL语言应用程序的开发
• 2.1.3 空载电磁场的分布规律
• 2.1.4 负载电磁场的计算分析
• 2.2 基于三维电磁场计算的电磁计算方法
• 2.3 横向磁通永磁同步电机CAD软件
• 2.4 本章小结
• 第三章 横向磁通永磁电机的关键技术研究
• 3.1 概述
• 3.2 功率因数问题的分析
• 3.2.1 增加磁通
• 3.2.2 增加电流
• 3.3 横向磁通电机提高功率因数的技术及其对转矩密度的影响
• 3.3.1 输入电流对转矩密度的影响
• 3.3.2 反电动势对转矩密度的影响
• 3.3.3 漏磁通对转矩密度的影响
• 3.3.4 分析结论
• 3.4 横向磁通永磁电机降低漏磁系数的技术
• 3.4.1 定子极靴形状对漏磁系数的影响
• 3.4.2 定转子间气隙长度对漏磁系数的影响
• 3.4.3 定子辘部轴向长度对漏磁系数的影响
• 3.4.4 定子齿槽结构尺寸的变化
• 3.5 本章小结
• 第四章 横向磁通永磁同步电动机结构工艺研究
• 4.1 永磁体安装方式
• 4.2 传统结构永磁体内置式永磁电机的制造工艺概况
• 4.3 永磁体内置式横向磁通电机转子结构
• 4.4 内置永磁体横向磁通电机的转子设计性能特点
• 4.5 定子结构
• 4.6 样机反映出的问题分析
• 4.7 新型定子铁心结构的提出
• 4.8 新结构横向磁通永磁电机主要部件工艺评价
• 4.9 本章小结
• 第五章 新型结构横向磁通永磁同步电动机的开发与试验研究
• 5.1 单边结构的选用
• 5.2 尺寸的初步选择与确定
• 5.2.1 转子外径与铁心长度的选择
• 5.2.2 定子磁极及铁心尺寸的初步确定
• 5.3 样机测试结果与计算值的对比
• 5.4 样机的技术水平
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢