新型直线开关磁链永磁电机结构设计与优化

发布时间：2017-07-14 09:26

  本文关键词：新型直线开关磁链永磁电机结构设计与优化

  更多相关文章： 开关磁链 直线电机 初级分块式 推力波动 边端效应

【摘要】：近年来,直线开关磁链永磁电机(LSFPMM)成为了直线电机领域的一个研究热点,尤其是在长行程应用领域。相比于永磁直线同步电机(PMLSM), LSFPMM的永磁体与电枢绕组都位于短初级,长次级只是开齿槽的铁心,不仅大大降低了成本,而且具有PMLSM高推力密度、高效率的特点。然而,随着永磁体嵌入初级齿内,磁极、绕组、磁路三者空间互相制约,容易导致推力密度受限制与磁路过饱和问题,同时绕组发热也将影响永磁体温升,使其存在退磁风险。为了解决以上问题,研究了一种新型初级分块式LSFPMM结构,其将初级分为两个部分,一部分为电枢,包含铁心和绕组,另一部分为磁极,包含永磁体和铁心,也可称为不对称双边型直线永磁电机。针对该新型LSFPMM的结构设计及优化,进行了较为详细与深入的研究。首先,介绍了LSFPMM的运行原理及数学模型。其次,以推力最大化、推力波动最小化为目标,基于有限元方法(Finite Element Method, FEM)对一个9槽/10极的新型结构LSFPMM进行优化设计,逐一优化电机各个关键参数,对直线电机特有的边端效应则通过优化电枢边端齿的位置和宽度来削弱。然后,对优化的新结构LSFPMM进行了性能分析,对比了电机优化前后的性能,着重对比了考虑边端效应与不考虑边端效应两种情况下时电机性能的变化,结果表明边端效应对直线电机影响较大,在电机优化时需要着重考虑。此外,分析了样机制造误差对电机性能的影响。最后,介绍了样机结构,包括为实际安装进行的尺寸调整以及装配情况。研究为初级分块式LSFPMM得出了一些较为有用的结论,也为研究相似类型的初级分块式电机打下了基础。
【关键词】：开关磁链 直线电机 初级分块式 推力波动 边端效应
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 直线电机13-16
• 1.2.1 结构和工作原理13-14
• 1.2.2 特点和分类14-15
• 1.2.3 发展和研究现状15-16
• 1.3 永磁开关磁链旋转电机16-22
• 1.3.1 工作原理及特点16-17
• 1.3.2 发展及研究现状17-22
• 1.4 直线开关磁链永磁电机(LSFPMM)22-25
• 1.5 初级分块式LSFPMM25-26
• 1.6 本文主要工作及内容安排26-28
• 第二章 LSFPMM的运行原理及数学模型28-34
• 2.1 运行原理28-29
• 2.2 数学模型29-33
• 2.2.1 磁链方程30-32
• 2.2.2 电压方程32
• 2.2.3 电磁推力方程32-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 新型LSFPMM结构与参数优化34-46
• 3.1 结构34-37
• 3.2 参数优化37-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 新型LSFPMM电磁性能46-63
• 4.1 电磁性能46-50
• 4.1.1 磁场分布46-47
• 4.1.2 开路磁链47-48
• 4.1.3 反电势48-49
• 4.1.4 推力特性49-50
• 4.2 边端效应的影响50-56
• 4.2.1 空载磁链50-51
• 4.2.2 反电势51-52
• 4.2.3 定位力52-53
• 4.2.4 推力53-54
• 4.2.5 电流-推力关系54
• 4.2.6 电感54-56
• 4.3 样机误差56-61
• 4.3.1 气隙安装误差56
• 4.3.2 初级磁极制造误差56-59
• 4.3.3 次级安装与制造误差59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 新型LSFPMM样机概况63-77
• 5.1 样机装配63-66
• 5.2 尺寸调整66-72
• 5.2.1 制作尺寸调整66-70
• 5.2.2 测量尺寸调整70-72
• 5.3 测试结果72-76
• 5.3.1 电阻与电感72-73
• 5.3.2 单位电流提供的推力73-74
• 5.3.3 反电势74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 全文总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 课题展望78-79
• 参考文献79-86
• 攻读硕士学位期间取得的成果86-87
• 致谢87

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