表贴式与内嵌式永磁容错游标电机的设计与对比分析

发布时间：2017-04-28 01:07

  本文关键词：表贴式与内嵌式永磁容错游标电机的设计与对比分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源问题的日益突出以及风力发电、电动汽车、海浪发电等高新技术的快速发展,如何进一步提升电机系统在低速运行状态下的功率密度和可靠性成为直接驱动领域的研究热点。传统的永磁容错电机结构简单且具有较高的可靠性,但其在低速下的功率密度不够高,不能完全满足直接驱动场合的应用要求;利用磁场调制的磁齿轮复合电机可以大幅提升电机低速运行时的转矩性能,但多层气隙导致其电机结构复杂,加工难度较大。近年来,具有结构简单和转矩密度高等优点的永磁游标(Permanent-Magnet Vernier,PMV)电机被广泛地认为在直接驱动系统中具有比较广阔的应用前景。该电机基于“磁齿轮效应”,通过在定子齿上引入调制齿,充分利用基波以外的有效永磁磁场谐波分量,从而在电机体积较小、转速较低的情况下仍能得到较大的转矩输出。在此基础上,与容错电机结构相结合可使其兼具较高的可靠性。本文以五相容错型PMV电机为研究对象,通过对电机结构的合理设计与优化使其兼具高可靠性与高转矩密度的优点,并利用有限元方法对电机的各项性能进行了比较分析。论文的主要研究成果如下:1.基于“磁齿轮效应”给出PMV电机调制原理的解析表达式,并通过有限元仿真的结果分析对其调制过程进行了说明及验证。2.设计了三种不同结构的容错型表贴式PMV电机,分别采用了双极性表贴式、单极性表贴式和混合磁材料表贴式永磁体结构,阐述了其设计及优化过程,并通过有限元方法比较分析了三种电机的静态特性,主要包括电机的磁场、反电势、气隙磁密、转矩性能以及容错性能等。3.设计并提出一种采用幅向内嵌式永磁结构的五相容错型PMV电机,阐述了其设计及优化过程,并利用有限元方法分析了其磁场、反电势、转矩、退磁、损耗等特性;与双极性表贴式PMV电机和传统内嵌式永磁电机进行了各项性能比较,并对设计的五相内嵌式永磁游标电机进行了Ansoft Maxwell与Simplorer的联合仿真。4.设计加工了实验样机,构建了相应的软硬件平台,通过实验测试对理论分析进行了验证。
【关键词】：永磁游标电机 容错性能 低速大转矩 混合磁材料 内嵌永磁结构
【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4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 永磁容错电机的发展11-14
• 1.2.1 永磁电机11-13
• 1.2.2 容错电机13-14
• 1.3 永磁游标电机的研究现状及应用前景14-17
• 1.4 本课题主要研究内容与结构17-19
• 第二章 磁场调制电机的原理分析19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 磁齿轮效应19-22
• 2.2.1 新型同轴磁齿轮19-21
• 2.2.2 磁场调制原理21-22
• 2.3 PMV电机22-27
• 2.3.1 游标电机结构22-24
• 2.3.2 游标电机运行原理24-26
• 2.3.3 磁场调制的仿真验证26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 五相容错型表贴式永磁游标电机的设计与分析28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 分数槽集中绕组28-30
• 3.2.1 分数槽集中绕组的特征28-29
• 3.2.2 分数槽集中绕组的约束条件29-30
• 3.3 表贴式容错型永磁游标电机的设计30-32
• 3.3.1 整体设计流程30-31
• 3.3.2 定子尺寸设计31
• 3.3.3 电机极对数确定31-32
• 3.4 表贴式容错型永磁游标电机的结构对比与分析32-42
• 3.4.1 结构对比32-34
• 3.4.2 磁场分析34-36
• 3.4.3 空载反电势36-37
• 3.4.4 转矩分析37-40
• 3.4.5 容错性能分析40-42
• 3.4.6 电机性能总结42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 五相内嵌式容错型永磁游标电机的设计与分析44-72
• 4.1 引言44
• 4.2 内置式永磁电机44-49
• 4.2.1 结构特征44-45
• 4.2.2 数学模型45-48
• 4.2.3 有限元建模48-49
• 4.3 FT-IPMV电机的设计49-50
• 4.3.1 磁路结构的选择49-50
• 4.3.2 电机设计目标50
• 4.4 FT-IPMV电机的优化50-56
• 4.4.1 永磁体的优化50-52
• 4.4.2 定子齿宽度的优化52-54
• 4.4.3 调制极宽度的优化54-56
• 4.5 FT-IPMV电机的性能分析及比较56-66
• 4.5.1 电机结构57-58
• 4.5.2 磁场分析58-59
• 4.5.3 空载反电势分析59
• 4.5.4 转矩分析59-61
• 4.5.5 容错性能分析61-63
• 4.5.6 过载性能63
• 4.5.7 弱磁性能63-64
• 4.5.8 损耗分析64-65
• 4.5.9 与IPM电机对比65-66
• 4.6 联合仿真66-71
• 4.6.1 Simplorer软件介绍66-67
• 4.6.2 Simplorer与Maxwell的联合仿真67-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第五章 性能对比与实验研究72-82
• 5.1 引言72
• 5.2 表贴式与内置式PMV电机整体性能对比72
• 5.3 实验平台及控制系统硬件设计简介72-76
• 5.3.1 实验平台73-74
• 5.3.2 实验系统硬件简介74-76
• 5.4 实验结果76-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 课题展望83-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士期间发表论文与科研成果88

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