双向交链横向磁通永磁同步电机的基础研究

论文摘要

横向磁通永磁同步电机具有特殊的磁路结构,易于做成多极多相的电机,适合应用在低速大转矩的领域中。本文提出了一种双向交链横向磁通永磁同步电机的结构,通过磁路解析和有限元仿真相结合的分析方法,以提高电机的转矩密度为目标,分析了电机尺寸参数对电机转矩密度的影响,归纳总结了此类电机的设计方法,同时研制了一台实验样机。论文的主要研究工作包括以下几部分:首先,提出了一种双向交链横向磁通的电机结构,使得转子永磁体得到充分利用,定子铁心具有设计新颖、工艺简单,模块化等特点。分析了电机的运行原理,通过磁路解析的方法建立了电机的三维磁路模型,推导出了电机的空载反电动势方程、转矩方程,建立了电机的数学模型,同时分析了电感等参数。然后,在前面磁路解析的基础上,推导了电机的主要尺寸公式,分析了电机结构参数和性能之间的关系,以提高电机的转矩密度为目标讨论了定子单元铁心尺寸、绕组尺寸、永磁体尺寸的设计方法。最后,建立了电机的三维有限元分析模型,分析了电机磁场强度的分布以及空载反电动势、电机输出转矩、定位转矩和漏磁等方面的变化情况。根据理论分析和有限元仿真,设计了一台实验样机,并针对双向交链横向磁通的电机结构,介绍了电机主要部件的加工及装配工艺。对其样机进行实验研究,验证了设计方法和有限元仿真的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 横向磁通永磁电机的国内外研究现况
• 1.2.1 表贴式横向磁通永磁电机
• 1.2.2 聚磁式横向磁通永磁电机
• 1.2.3 磁阻式横向磁通永磁电机
• 1.3 横向磁通永磁电机的研究热点
• 1.4 论文的主要研究工作
• 第2章 BCTF-PMSM的工作原理及数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 BCTF-PMSM的基本结构
• 2.2.1 BCTF-PMSM定子结构分析
• 2.2.2 BCTF-PMSM转子结构分析
• 2.2.3 BCTF-PMSM定子相单元铁心布置方案
• 2.3 BCTF-PMSM的运行原理
• 2.4 BCTF-PMSM的磁场分析
• 2.5 BCTF-PMSM数学模型的建立
• 2.5.1 BCTF-PMSM空载感应电动势的计算
• 2.5.2 BCTF-PMSM电感参数的计算
• 2.5.3 BCTF-PMSM转矩的计算
• 2.6 小结
• 第3章 BCTF-PMSM设计方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 BCTF-PMSM的设计原则与设计流程
• 3.3 BCTF-PMSM主要尺寸的确定
• 3.4 BCTF-PMSM结构参数的确定
• 3.5 BCTF-PMSM定子组件的设计
• 3.5.1 定子单元铁心的设计
• 3.5.2 相绕组的设计
• 3.6 BCTF-PMSM转子组件的设计
• 3.6.1 转子永磁体的设计
• 3.6.2 转子铁心的设计
• 3.7 BCTF-PMSM转矩密度的优化
• 3.7.1 针对体积的转矩密度的优化
• 3.7.2 针对重量的转矩密度的优化
• 3.8 小结
• 第4章 BCTF-PMSM的参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 BCTF-PMSM有限元模型的建立
• 4.2.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 模型材料的选取
• 4.2.3 求解区域及剖分
• 4.3 BCTF-PMSM转矩密度的优化分析
• 4.3.1 定子齿极靴高度的优化
• 4.3.2 定子齿宽的优化
• 4.4 BCTF-PMSM定位转矩的优化分析
• 4.4.1 定位转矩的解析分析
• 4.4.2 定位转矩的削弱方法
• 4.5 BCTF-PMSM功率因数和漏磁的优化分析
• 4.5.1 BCTF-PMSM电感和功率因数的有限元求解
• 4.5.2 空载漏磁的分析
• 4.5.3 线圈漏磁的分析
• 4.6 小结
• 第5章 BCTF-PMSM的特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 BCTF-PMSM样机的有限元分析计算
• 5.3 BCTF-PMSM样机的制造及装配工艺
• 5.3.1 定子组件的加工及装配工艺
• 5.3.2 转子组件的加工及装配工艺
• 5.4 BCTF-PMSM样机的实验分析
• 5.4.1 空载反电势的测试
• 5.4.2 静态转矩的测试
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢