磁障耦合式初级永磁直线电机设计与端部效应研究
发布时间：2022-01-14 11:40
轨道交通系统运行距离长,承载重量大,需要高性能电机提供动力。直线电机具有爬坡能力强、体积小等诸多优点,特别适用于长行程轨道交通系统。为进一步减少直线电机制造成本,提高电磁性能,本文提出了磁障耦合式初级永磁直线（Magnetic barrier coupled linear primary permanent magnet,MBCLPPM）电机,该电机不仅具有传统直线电机的优点,而且功率因数较高,成本较低,适用于轨道交通系统。本文基于等效磁路法,系统分析了电机的磁场调制原理,考虑单元模块化初级的绕组排列方式,以磁场耦合效果为主要标准,确定耦合极数。在理论推导的基础上,结合有限元仿真,对比分析不同结构参数下电机的电磁性能,确定设计方案。针对磁场畸变和定位力波动问题,提出抑制端部效应的方法,对损耗和温度场进行了分析计算。主要研究内容如下:首先,研究了MBCLPPM电机的运行机理和电磁设计方法。在分析MBCLPPM电机的结构特点的基础上,借助等效磁路法,对该电机的运行机理进行了解析分析。提出了初级绕组的分布、初级极槽配合、次级结构等电磁参数的确定方法。其次,针对电机的电磁特性,对结构参数进行优...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
005~2019年全国轨道交通线路里程
沈阳工业大学硕士学位论文2体的用量成为了最近国内外科研学者的研究热点[6-8]。226327643480453054798285994512611143661730019941235022864335478542330100002000030000400005000060000200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019年份车辆总数（辆）全国轨道交通车辆总数2005~2019图1.22005~2019年全国轨道交通车辆总数Fig.1.2TotalnumberofrailtransitvehiclesinChinafrom2005to2019图1.3直线电机高速列车Fig.1.3highspeedlinearmotortrain磁障耦合式初级永磁直线电机是一种新结构的电机，最大的优点就是将永磁体与电枢绕组放在电机的初级一侧，也就是直线电机动子一侧，这大大减少了用铜量和永磁体的用量，电机的冷却散热也更加容易。电机的次级采用磁障式结构作为定子轨道固定在路面上，不需要铺设大量磁铁体，可适用于长远轨道交通运输。次级的磁障式结构可以采用模块化制造，能够大批量生成，降低制造成本的同时保证了工程制造效率。利用磁场调制原理，利用气隙中与有效极数对应的高次谐波实现能量的转化，隔磁层保证磁通的利用率，在减少励磁电流产生无功的基础上提高电机效率。旋转电机整体是闭合的圆形，气隙不存在间断。因此，对于旋转电机，气隙是闭合的，不存在边端气隙对电机性能造成影响。直线电机可以看做是旋转电机沿径向展
资艿蕉瞬啃вΦ挠跋臁Ｏ魅醮耪像詈鲜接来胖毕叩缁?亩瞬啃вΓ?对提升电机功率因数，降低推力波动具有重大意义。1.2国内外研究现状1.2.1直线电机的发展现状在当今时代，直线电机已经融入到人们的生产生活之中，而直线电机这一概念，最初是由科学家惠斯顿（Wheatstone）于18世纪中期提出的，并制作了原型机，初代原型机诞生至今已经有接近180年的历史。1971年至今，直线电机得到广泛应用，小到汽车中应用的雨刷器，大到推进装置的弹射器和推进列车前行的电动机等，经过多年的研究与发展，直线电机存在于生活的多个方面。如图1.4所示，直线电机以其节约空间的优点，已经在“山城”武汉正式投入使用。图1.4直线电机列车Fig.1.4Linearmotortrain轨道交通用直线电机的研发技术随着时代的发展不断提升，电机的磁路分析方法逐步完善，进入到实际应用中的类型趋于多样化，但直线电机特有的端部效应仍然是研究道路上的一处难关。本节对以下三种主流直线电机进行介绍。（1）直线感应电机直线感应电机作为最早提出设计概念的机型，经过多年的研究和实验，已经具备较为成熟的设计方案，是最早作为动力装置应用于轨道交通的直线电机。电机的动力示意图如图1.5所示，直线电机也是将气隙作为实现机电能量转换的通道，将电磁能转换成动能，使得动子以恒定速度在定子轨道上移动，直线电机的磁场沿着水平方向运动，根据其运动方式的特点命名为行波磁常绕组中通入的交流电能够通过气隙实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自适应的开关磁阻电机变磁链研究[J]. 周颖,边敦新,熊立新. 水电能源科学. 2018(10)
[2]磁悬浮列车用超导直线开关磁阻电机设计与分析[J]. 张桂林,刘光辉,高晨轩. 低温与超导. 2018(05)
[3]直线电机在城市轨道交通系统中的应用[J]. 赵青峰,程晓民. 现代城市轨道交通. 2017(10)
[4]结构参数对直线电机性能的影响[J]. 姜忠臣,赵玺. 科技创新与应用. 2017(21)
[5]考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型[J]. 李斌,宋双利,李桂丹. 电力系统及其自动化学报. 2017(05)
[6]直线电机技术在轨道交通中的应用[J]. 郭燕强,尹志春. 机械工程与自动化. 2017(03)
[7]城市轨道交通制式分类及适用性[J]. 魏庆朝,潘姿华,臧传臻. 都市快轨交通. 2017(01)
[8]初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较[J]. 杜怿,邹春花,朱孝勇,肖凤,孙宇新. 电工技术学报. 2017(03)
[9]永磁同步直线电机端部效应的分析及结构优化[J]. 李耀辉. 许昌学院学报. 2016(05)
[10]直线磁通切换永磁电机及驱动系统[J]. 曹瑞武,程明. 电气工程学报. 2016(01)
博士论文
[1]低推力波动组合铁芯永磁同步直线电机的特性分析与优化[D]. 郤能.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]磁障耦合式初级永磁型直线电机的设计与分析[D]. 杨雄.沈阳工业大学 2018
[2]城轨交通中直线感应牵引电机的设计与特性计算[D]. 刘素阔.北京交通大学 2018
[3]永磁直线同步电机的推力波动抑制研究[D]. 赵晓东.燕山大学 2017
[4]大推力永磁直线同步电机电气特性研究[D]. 邱磊磊.安徽工程大学 2016
[5]双边初级永磁型游标直线电机设计及其特性参数分析[D]. 邹春花.江苏大学 2016
[6]奇数极直线开关磁链永磁电机少永磁结构的分析与优化[D]. 刘嘉宝.浙江大学 2016
[7]永磁直线同步电机设计与推力波动抑制研究[D]. 王欢.沈阳工业大学 2015
[8]基于电磁特性分析的直线电机边端效应的研究[D]. 孙灏.河北工业大学 2014
[9]永磁直线同步电机磁阻力分析与优化设计[D]. 何超.沈阳工业大学 2014
[10]永磁直线同步电机推力波动分析与抑制[D]. 杨康.沈阳工业大学 2013
本文编号：3588441
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
005~2019年全国轨道交通线路里程
沈阳工业大学硕士学位论文2体的用量成为了最近国内外科研学者的研究热点[6-8]。226327643480453054798285994512611143661730019941235022864335478542330100002000030000400005000060000200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019年份车辆总数（辆）全国轨道交通车辆总数2005~2019图1.22005~2019年全国轨道交通车辆总数Fig.1.2TotalnumberofrailtransitvehiclesinChinafrom2005to2019图1.3直线电机高速列车Fig.1.3highspeedlinearmotortrain磁障耦合式初级永磁直线电机是一种新结构的电机，最大的优点就是将永磁体与电枢绕组放在电机的初级一侧，也就是直线电机动子一侧，这大大减少了用铜量和永磁体的用量，电机的冷却散热也更加容易。电机的次级采用磁障式结构作为定子轨道固定在路面上，不需要铺设大量磁铁体，可适用于长远轨道交通运输。次级的磁障式结构可以采用模块化制造，能够大批量生成，降低制造成本的同时保证了工程制造效率。利用磁场调制原理，利用气隙中与有效极数对应的高次谐波实现能量的转化，隔磁层保证磁通的利用率，在减少励磁电流产生无功的基础上提高电机效率。旋转电机整体是闭合的圆形，气隙不存在间断。因此，对于旋转电机，气隙是闭合的，不存在边端气隙对电机性能造成影响。直线电机可以看做是旋转电机沿径向展
资艿蕉瞬啃вΦ挠跋臁Ｏ魅醮耪像詈鲜接来胖毕叩缁?亩瞬啃вΓ?对提升电机功率因数，降低推力波动具有重大意义。1.2国内外研究现状1.2.1直线电机的发展现状在当今时代，直线电机已经融入到人们的生产生活之中，而直线电机这一概念，最初是由科学家惠斯顿（Wheatstone）于18世纪中期提出的，并制作了原型机，初代原型机诞生至今已经有接近180年的历史。1971年至今，直线电机得到广泛应用，小到汽车中应用的雨刷器，大到推进装置的弹射器和推进列车前行的电动机等，经过多年的研究与发展，直线电机存在于生活的多个方面。如图1.4所示，直线电机以其节约空间的优点，已经在“山城”武汉正式投入使用。图1.4直线电机列车Fig.1.4Linearmotortrain轨道交通用直线电机的研发技术随着时代的发展不断提升，电机的磁路分析方法逐步完善，进入到实际应用中的类型趋于多样化，但直线电机特有的端部效应仍然是研究道路上的一处难关。本节对以下三种主流直线电机进行介绍。（1）直线感应电机直线感应电机作为最早提出设计概念的机型，经过多年的研究和实验，已经具备较为成熟的设计方案，是最早作为动力装置应用于轨道交通的直线电机。电机的动力示意图如图1.5所示，直线电机也是将气隙作为实现机电能量转换的通道，将电磁能转换成动能，使得动子以恒定速度在定子轨道上移动，直线电机的磁场沿着水平方向运动，根据其运动方式的特点命名为行波磁常绕组中通入的交流电能够通过气隙实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自适应的开关磁阻电机变磁链研究[J]. 周颖,边敦新,熊立新. 水电能源科学. 2018(10)
[2]磁悬浮列车用超导直线开关磁阻电机设计与分析[J]. 张桂林,刘光辉,高晨轩. 低温与超导. 2018(05)
[3]直线电机在城市轨道交通系统中的应用[J]. 赵青峰,程晓民. 现代城市轨道交通. 2017(10)
[4]结构参数对直线电机性能的影响[J]. 姜忠臣,赵玺. 科技创新与应用. 2017(21)
[5]考虑端部效应的永磁直线电机等效磁路模型[J]. 李斌,宋双利,李桂丹. 电力系统及其自动化学报. 2017(05)
[6]直线电机技术在轨道交通中的应用[J]. 郭燕强,尹志春. 机械工程与自动化. 2017(03)
[7]城市轨道交通制式分类及适用性[J]. 魏庆朝,潘姿华,臧传臻. 都市快轨交通. 2017(01)
[8]初级永磁型游标直线电机绕组连接及其电磁特性比较[J]. 杜怿,邹春花,朱孝勇,肖凤,孙宇新. 电工技术学报. 2017(03)
[9]永磁同步直线电机端部效应的分析及结构优化[J]. 李耀辉. 许昌学院学报. 2016(05)
[10]直线磁通切换永磁电机及驱动系统[J]. 曹瑞武,程明. 电气工程学报. 2016(01)
博士论文
[1]低推力波动组合铁芯永磁同步直线电机的特性分析与优化[D]. 郤能.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]磁障耦合式初级永磁型直线电机的设计与分析[D]. 杨雄.沈阳工业大学 2018
[2]城轨交通中直线感应牵引电机的设计与特性计算[D]. 刘素阔.北京交通大学 2018
[3]永磁直线同步电机的推力波动抑制研究[D]. 赵晓东.燕山大学 2017
[4]大推力永磁直线同步电机电气特性研究[D]. 邱磊磊.安徽工程大学 2016
[5]双边初级永磁型游标直线电机设计及其特性参数分析[D]. 邹春花.江苏大学 2016
[6]奇数极直线开关磁链永磁电机少永磁结构的分析与优化[D]. 刘嘉宝.浙江大学 2016
[7]永磁直线同步电机设计与推力波动抑制研究[D]. 王欢.沈阳工业大学 2015
[8]基于电磁特性分析的直线电机边端效应的研究[D]. 孙灏.河北工业大学 2014
[9]永磁直线同步电机磁阻力分析与优化设计[D]. 何超.沈阳工业大学 2014
[10]永磁直线同步电机推力波动分析与抑制[D]. 杨康.沈阳工业大学 2013
本文编号：3588441
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