少稀土类定子分区式双侧混合励磁型磁通切换电机的设计与分析

发布时间：2020-07-30 01:34

【摘要】：稀土永磁电机由于其结构简单、功率密度和效率高等优点,在当今社会得到了飞速发展和广泛应用。然而,随着稀土永磁材料供应的不稳和价格的上涨,使得稀土永磁电机的成本难以降低,因此,低成本的少稀土电机近年来成为电机驱动相关领域的研究热点之一。本文通过将“混合励磁”电机设计理念与少稀土类永磁电机相融合,提出了一种新型的少稀土类定子分区式双侧混合励磁型磁通切换电机(Double-Side Hybrid Excitation Flux-Switching,简称DSHE-FS)电机。该电机一方面通过使用稀土永磁和非稀土永磁两种永磁材料,大幅降低了稀土永磁材料的用量,并保持较高的输出转矩能力;另一方面由于内、外定子均放置了直流励磁绕组,通过在线调节励磁电流的大小和方向,实现了电机磁场的灵活调节,电机具有较为宽广的调速范围。研究表明,该电机不仅保持了磁通切换永磁电机高效率、高功率密度等诸多优点,同时还具有电机气隙磁场可灵活调节、内部空间利用充分、结构紧凑等优点。论文的研究工作主要包含以下几个方面一、对少稀土类电机、混合励磁磁通切换电机以及定子分区电机的国内外研究现状进行了阐述和总结,针对现有电机的一些不足,提出了一种新型的少稀土类定子分区式双侧混合励磁型磁通切换电机。并就所提出电机的运行原理和内、外励磁的调磁机理,进行了分析研究,建立了电机数学模型。二、借鉴传统的磁通切换电机设计理论,给出了该少稀土类DSHE-FS电机的一般设计方法,确定了诸如极槽配比、定转子齿宽等基本电机结构设计参数。针对该少稀土类DSHE-FS电机中的存在的两种不同类型的永磁材料,基于电机的等效磁路模型,对两种不同性质永磁体的设计与配比原则进行了理论推导;在限定电机调磁比的基础上,确定了外定子励磁绕组与电枢绕组所占的槽比参数,并分析了内定子导磁桥、外定子励磁齿宽分别对于内、外调磁性能的影响;结合多目标参数敏感度优化设计方法,优化设计了对于输出转矩和转矩脉动影响较为明显的部分关键结构尺寸参数。三、建立了该少稀土类DSHE-FS电机的限元仿真模型,对该电机的诸如磁链、反电动势、齿槽转矩、输出转矩等基本电磁性能进行了仿真分析。考虑到该电机采用了易被退磁的铁氧体永磁体材料,对铁氧体和钕铁硼材料的抗去磁能力进行了仿真分析研究。此外,由于该电机采用了内外定子双侧励磁绕组,分析研究了外侧励磁绕组单独励磁、内侧励磁绕组单独励磁和两者共同励磁时的调磁方法,以及对电机性能的影响。四、研究并给出了该少稀土类DSHE-FS原理样机的加工方案,样机加工正在进行中,后续将会制定实验方案,通过样机的试验测试,验证所提电机理论分析的正确性和样机设计的合理性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM351

【参考文献】