少稀土轮辐式组合永磁型同步电机的设计与分析

发布时间：2017-06-07 15:09

  本文关键词：少稀土轮辐式组合永磁型同步电机的设计与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电机,尤其是采用钕铁硼永磁励磁的稀土永磁同步电机具有构造简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少、效率高等显著优点。作为一种战略资源,近年来随着稀土资源的不断开采和相关保护政策的推行,国际市场上稀土价格不断上涨,这无疑对稀土永磁同步电机在工业、国防等领域的进一步广泛应用造成了巨大的影响。为了减少稀土永磁电机中稀土永磁材料的用量,在学术领域越来越多的学者开始致力于“少稀土电机”或能够替代稀土永磁电机的“非稀土电机”的研究。其中,非稀土材料如铁氧体永磁材料等价格低廉,供应稳定,受到了相关学者的广泛关注。但是,由于非稀土永磁材料的磁能积仅为钕铁硼永磁材料的四分之一左右且矫顽力较低,如何在降低稀土永磁材料用量的同时保证电机的高功率密度以及如何提高电机的抗去磁能力成为该类非稀土电机或少稀土电机研究的主要热点。本文首先了解了少稀土电机以及非稀土电机的发展现状与结构分类,针对目前非稀土铁氧体永磁同步电机(Ferrite Permanent Magnet Motor,简称FPMM)存在的功率密度低、调速范围窄、铁氧体易被去磁等问题,提出了一种少稀土组合永磁型同步电机(Hybrid Permanent Magnet Motor,简称HPMM)。该电机同时使用铁氧体永磁和钕铁硼永磁进行励磁,一方面保证了电机的功率密度,另一方面,由于钕铁硼的矫顽力大,抗去磁能力强,组合永磁的结构也使得电机有较强的抗去磁能力,弥补了铁氧体永磁电机的缺陷。其次,由于HPMM中同时采用了两种性能存在差异的永磁体材料进行励磁,两种永磁材料的工作点会互相影响,从而影响电机的整体性能。本文在该电机的设计中,重点介绍了两种不同类型永磁体尺寸的设计方法,首先通过对组合永磁型同步电机进行磁路分析,从理论上分析了两种永磁体的尺寸配比原则。然后,综合考虑两种永磁体相互作用下的工作点、电机的转矩输出能力、电机的调速范围以及永磁体成本等因素,给出了永磁体的合理设计。为了更好地分析组合永磁同步电机的性能,本文将该电机与传统内嵌式稀土永磁同步电机进行比较。对比分析结果表明,在降低永磁体成本的基础上,该电机仍能达到与内嵌式稀土永磁同步电机(Rare-earth Permanent Magnet Motor,简称RPMM)相近的转矩密度且有着更宽广的调速范围。此外,与传统轮辐式铁氧体电机相比,该电机也具有优越的恒功率调速范围、高速区更高的效率以及更强的抗去磁能力。最后,加工研制了HPMM和FPMM实验样机并搭建试验台架,进行了反电势测量和负载实验,实验结果验证了所提电机设计的合理性及可行性。
【关键词】：少稀土 组合永磁励磁 铁氧体 宽调速 电磁性能 抗去磁能力
【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】：TM341
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景与研究意义11-16
• 1.1.1 稀土危机11
• 1.1.2 非稀土电机研究现状11-16
• 1.2 少稀土电机16-18
• 1.2.1 少稀土电机研究现状16-18
• 1.2.2 组合永磁型同步电机HPMM18
• 1.3 本课题主要研究的内容18-21
• 第二章 HPMM结构设计及主要参数确定21-35
• 2.1 HPMM结构21-29
• 2.1.1 分数槽集中式绕组21
• 2.1.2 电机的极槽配比21-24
• 2.1.3 电机的绕组分布24-26
• 2.1.4 绕组因数的计算26-27
• 2.1.5 电机的转子结构27-29
• 2.2 HPMM主要参数29-34
• 2.2.1 额定参数29-31
• 2.2.2 电机主要尺寸31-32
• 2.2.3 绕组计算32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 HPMM永磁体尺寸设计35-51
• 3.1 永磁体尺寸设计理论分析36-38
• 3.2 永磁体尺寸对两种永磁体工作点的影响38-44
• 3.2.1 永磁体厚度变化对两种永磁体工作点的影响38-41
• 3.2.2 永磁体高度变化对两种永磁体工作点的影响41-43
• 3.2.3 永磁体厚度和高度变化对永磁磁链的影响43-44
• 3.3 永磁体厚度对电机调速范围的影响44-49
• 3.3.1 电机调速范围理论分析44-47
• 3.3.2 基于调速范围最优的厚度配比设计47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 HPMM调速性能及抗去磁能力分析51-63
• 4.1 HPMM调速性能分析51-55
• 4.2 HPMM效率特性55-56
• 4.3 HPMM抗去磁能力分析56-62
• 4.3.1 铁氧体磁密图57-60
• 4.3.2 铁氧体工作点60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 HPMM电磁性能分析63-79
• 5.1 HPMM与RPMM的性能对比63-69
• 5.1.1 基本电磁性能63-66
• 5.1.2 调速性能66-68
• 5.1.3 永磁体成本68-69
• 5.2 HPMM与FPMM的性能对比69-77
• 5.2.1 调速性能70-72
• 5.2.2 抗去磁能力72-75
• 5.2.3 损耗与效率75-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第六章 HPMM样机与实验验证79-87
• 6.1 HPMM和FPMM样机研制以及实验平台搭建79-83
• 6.2 HPMM电机实验波形83-86
• 6.3 本章小结86-87
• 第七章 总结与展望87-89
• 7.1 总结87-88
• 7.2 展望88-89
• 参考文献89-95
• 致谢95-96
• 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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  本文关键词：少稀土轮辐式组合永磁型同步电机的设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

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