少稀土类混合永磁定子分区磁通切换电机的设计与分析

发布时间：2017-10-17 18:15

  本文关键词：少稀土类混合永磁定子分区磁通切换电机的设计与分析

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【摘要】：在稀土永磁电机大力发展的今天,稀土材料的需求急速上涨,但由于稀土价格指数的上升,稀土永磁电机的成本急剧上升,因此少稀土类永磁电机的研究已成为一种必然趋势。本文将定子分区原理与磁通切换电机相结合,并融入少稀土电机理念,提出了一种新型少稀土类混合永磁定子分区磁通切换(Reduced Rare Earth Hybrid Magnets Partitioned Stator Flux Switching,简称RRE-HMPSFS)电机,该电机采用了新型的定子分区式结构,实现了永磁体和电枢绕组的分离,有效解决了定子永磁型电机永磁体和电枢绕组用量冲突对电机的转矩密度等性能制约问题,且永磁体均位于外分区定子上,易于冷却,从而避免了电机永磁体由于温度过高而出现不可逆退磁的问题,并增设辅助抗去磁绕组,有效保证电机运行的可靠性。本文首先充分了解了稀土材料的资源概况以及产业概况,并分析了少稀土电机研究的必要性。总结现有定子永磁型电机的缺点,介绍了定子分区的原理,并说明了定子分区式电机与双定子电机在原理上的不同点。随后,介绍RRE-HMPSFS电机的基本结构,并分析其运行原理并详细解析了该电机的磁链形成原理。此外,验证了该电机作为磁通切换电机的绕组一致性与互补性。并给出了RRE-HMPSFS电机的数学模型。其次,通过磁路分析,确定了铁氧体和钕铁硼两种永磁体的尺寸关系;对电机主要参数主要包括电机的主要尺寸、额定参数以及绕组参数等进行计算;然后采用两种优化方式对RRE-HMPSFS电机优化,包括单一参数优化和敏感度优化,两种方法的结果基本相同。基于有限元分析软件对电机进行了电磁性能分析,包括永磁磁场作用下的磁场分布、气隙磁密和磁链、空载反电势、齿槽转矩、以及转矩特性。并为避免铁氧体永磁体被电枢磁场去磁而增设了辅助绕组,对电机进行抗去磁能力分析,并研究了不同辅助绕组电流密度对电机性能的影响,包括对电机磁场分布的影响,对空载磁链和转矩特性的影响,以及对电机的电感特性的影响。最后利用3D有限元法对电机温度场进行研究。最后,研究了电机加工方案,而样机正在加工中,为以后实验验证和进一步分析提供了可能。
【关键词】：少稀土电机 磁通切换电机 定子分区 设计分析 电磁性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 少稀土类电机的研究现状11-12
• 1.2.2 磁通切换电机的研究现状12-15
• 1.2.3 定子分区式电机的研究现状15-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-20
• 第二章 RRE-HMPSFS电机结构与原理分析20-30
• 2.1 RRE-HMPSFS电机结构20-21
• 2.2 RRE-HMPSFS电机的运行原理21-26
• 2.2.1 定子分区原理21-22
• 2.2.2 RRE-HMPSFS电机的工作原理22-24
• 2.2.3 绕组一致性和互补性24-26
• 2.3 RRE-HMPSFS电机的数学方程26-28
• 2.3.1 磁链方程26
• 2.3.2 电压方程26-27
• 2.3.3 转矩和功率方程27-28
• 2.3.4 机械运动方程28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 RRE-HMPSFS电机结构设计与参数优化30-56
• 3.1 RRE-HMPSFS电机结构设计特点与流程30-31
• 3.2 RRE-HMPSFS电机的初始设计31-35
• 3.2.1 电机基本尺寸31-32
• 3.2.2 混合励磁永磁体尺寸配比原则32-34
• 3.2.3 绕组参数设计34-35
• 3.3 RRE-HMPSFS电机的优化设计35-54
• 3.3.1 基于单一参数优化调整的RRE-HMPSFS电机的优化设计36-45
• 3.3.2 基于参数敏感度的RRE-HMPSFS电机的优化设计45-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 RRE-HMPSFS电机的性能分析56-80
• 4.1 RRE-HMPSFS电机的磁场分析56-69
• 4.1.1 磁场分布57-58
• 4.1.2 气隙磁密58-59
• 4.1.3 空载永磁磁链与反电势59-61
• 4.1.4 齿槽转矩61-62
• 4.1.5 转矩特性62-64
• 4.1.6 电感特性64-66
• 4.1.7 损耗及效率特性66-69
• 4.2 RRE-HMPSFS电机辅助绕组的抗去磁作用69-75
• 4.2.1 RRE-HMPSFS电机的抗去磁分析69-73
• 4.2.2 辅助绕组电流密度对空载性能的影响73-74
• 4.2.3 辅助绕组电流密度对转矩特性的影响74
• 4.2.4 辅助绕组电流密度对电感的影响74-75
• 4.3 RRE-HMPSFS电机的热分析75-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第五章 样机加工方案研究80-86
• 5.1 样机加工80-84
• 5.2 本章小结84-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-94
• 致谢94-96
• 在学期间参与的科研项目96
• 在学期间发表论文96

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本文编号：1050308