Halbach永磁容错电机的槽口设计及其对转矩和损耗的影响

发布时间：2017-04-29 04:07

  本文关键词：Halbach永磁容错电机的槽口设计及其对转矩和损耗的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着现代工业对电机的需求越来越高,提高其可靠性和稳定性成为了亟需解决的问题。因此,具有高可靠性的永磁容错电机逐渐成为研究热点。对于该种电机而言,转矩性能、损耗、效率等均是影响电机性能的重要参数,且这些参数之间相互影响,所以要对电机的多方面性能进行研究和分析。本文针对8槽6极Halbach永磁容错电机进行结构设计与分析,并主要分析了两种槽口结构对电机转矩以及涡流损耗等的影响。首先,在电机有限元仿真模型成功构建的前提下,对电机尺寸参数进行了优化设计;继而,分析了槽口变化对电机静态特性、转矩、转子涡流损耗以及效率等的影响;最后对样机和相关硬件进行了介绍展示。本文的研究成果主要包括以下几个方面:1.为改善已有半闭口槽Halbach永磁容错电机反电势正弦度、较大的转矩脉动,通过优化其槽口尺寸和转子极弧的方式设计了一种开口槽Halbach永磁容错电机。在两电机的有限元仿真分析模型的基础上对电机部分静态特性做了对比分析,主要有磁力线、空载反电势及其谐波、电感等。2.推导了电机齿槽转矩和槽口宽度、输出转矩和槽满率的关系表达式,并结合有限元仿真分析了两种槽口结构的永磁容错电机对齿槽转矩和输出转矩的影响,进一步证明了表达式的正确性,这为研究槽口对电机涡流损耗的影响打下基础。3.首先,基于有限元分析模型对比了两不同槽口结构的电机的转子涡流损耗,并分析了涡流损耗产生的原理及特点,进而对其表达式进行研究。其次,介绍了保形变换的定义、定理以及理论公式,基于保形变换创建了Matlab计算模型并分析了开口槽对气隙磁密和涡流密度的影响,并得到最终的结果。最后,在3D有限元仿真中对转子永磁体进行轴向分段以减小涡流损耗。4.分析了不同槽口结构的电机对铁芯损耗、效率等的影响。加工制造了两电机的实验样机,并对其进行测试验证。
【关键词】：永磁容错电机 定子槽口 涡流损耗 有限元分析 Halbach阵列
【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 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 永磁容错电机的研究现状11-12
• 1.3 永磁容错电机定子槽口设计简述12-14
• 1.4 Halbach永磁阵列简述14-17
• 1.4.1 Halbach永磁阵列基本结构15-16
• 1.4.2 Halbach永磁阵列的优势和研究现状16-17
• 1.5 永磁体涡流损耗的研究现状17-18
• 1.6 本课题研究内容和论文结构18-19
• 第二章 槽口尺寸优化对电机静态特性的影响19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 有限元介绍19-20
• 2.3 Halbach永磁容错电机的设计20-23
• 2.3.1 电机绕组及极槽比的选择20-21
• 2.3.2 Halbach转子永磁体21-22
• 2.3.3 电机结构22-23
• 2.4 Halbach永磁容错电机的优化23-26
• 2.4.1 电机的槽口优化分析23-24
• 2.4.2 Halbach转子永磁体的优化分析24-26
• 2.4.3 两电机设计参数26
• 2.5 两种电机的静态特性对比26-32
• 2.5.1 永磁磁场分析27
• 2.5.2 空载反电势分析27-29
• 2.5.3 电感分析29-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 槽口对电机转矩的影响33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 槽口对齿槽转矩的影响33-37
• 3.2.1 齿槽转矩的一般表达式34-36
• 3.2.2 齿槽转矩的有限元分析36-37
• 3.3 槽口对输出转矩的影响37-40
• 3.3.1 输出转矩的一般表达式37-38
• 3.3.2 输出转矩的有限元分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 槽口对转子涡流损耗的影响41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 转子涡流损耗41-47
• 4.2.1 不同槽口电机的涡流损耗41-42
• 4.2.2 影响涡流损耗的决定因素42-43
• 4.2.3 永磁体涡流的特点43-45
• 4.2.4 涡流损耗计算45-47
• 4.3 基于保形变换的分析计算47-52
• 4.3.1 保形变换基本概念48
• 4.3.2 保形变换分析开口槽48-52
• 4.4 降低涡流损耗的方法52-55
• 4.4.1 永磁体轴向分段52-53
• 4.4.2 其他涡流问题53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 样机性能对比分析与实验验证56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 电机的损耗与效率56-59
• 5.2.1 电机的铁芯损耗56-57
• 5.2.2 铜耗57
• 5.2.3 电机效率57-59
• 5.3 样机制造与硬件电路59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结和展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 课题展望64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士期间发表论文与科研成果72

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本文编号：334152