不均匀Halbach永磁同步电机气隙磁场分析及性能研究

发布时间：2017-08-08 09:10

  本文关键词：不均匀Halbach永磁同步电机气隙磁场分析及性能研究

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【摘要】：提高永磁电机的功率密度和降低转矩脉动一直是永磁电机研究的热点,Halbach永磁列阵有气隙磁场更正弦、磁场幅值更大、自屏蔽效应等特点,自从提出后便受到了广泛的关注,在电机等电磁工程领域得到广泛应用。Habach永磁列阵在国内外都有大量的研究,主要是集中在分段式Halbach永磁列阵的磁场研究。根据目前永磁体的制造加工工艺,分段式Halbach永磁列阵是较好选择,而且分段的块数不宜过多,在块数不多的情况下不同的永磁体对于气隙磁场幅值和畸变率的贡献明显不同。国内外对不均匀的Halbach永磁电机的研究并不多,但是不等长度永磁体对气隙磁场的影响很大,尤其在每极块数较少的情况下,所以这个问题的研究是有必要而有意义的。本文首先提出了不均匀Halbach永磁电机的概念,并定义了主极占比例的意义。建立了不均匀Halbach永磁电机解析模型,推导了不考虑齿槽的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场分布解析式,并且用有限元仿真验证了解析法的正确性。本文在得到的不均匀Halbach永磁电机解析模型的基础上研究了主极占比例对气隙磁场畸变率和基波幅值的影响,对比了均匀与不均匀Halbach永磁电机、不均匀Halbach与表贴式永磁电机、主极平行充磁与径向充磁不均匀Halbach永磁电机,并证明了主极平行充磁不均匀Halbach永磁电机的优越性。为了进一步的研究不均匀Halbach永磁电机的性能,本文基于保角变换法推导了考虑齿槽的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场分布解析式,并且用有限元仿真软件验证了其正确性。接着用麦克斯韦张量法推导了不均匀Halbach永磁电机齿槽转矩解析式,用有限元仿真验证了其正确性,并研究了主极占比例对不均匀Halbach永磁电机齿槽转矩的影响,发现不均匀Halbach永磁电机能有效的改善齿槽转矩,本文的研究对进一步的设计和优化不均匀Halbach永磁电机提供了坚实的理论基础。
【关键词】：永磁同步电机 Halbach永磁列阵 气隙磁场 齿槽转矩
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 永磁电机发展概况11-13
• 1.3 Halbach永磁电机13-19
• 1.3.1 Halbach永磁列阵原理13-14
• 1.3.2 Halbach永磁列阵特点14-15
• 1.3.3 Halbach永磁列阵理论研究现状15-16
• 1.3.4 Halbach永磁电机应用现状16-19
• 第二章 不考虑开槽的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场分布解析法19-38
• 2.1 不均匀Halbach永磁电机介绍19-21
• 2.2 气隙磁场分布解析解推导21-30
• 2.2.1 气隙磁场分布推导21-24
• 2.2.2 剩余磁化强度计算24-30
• 2.3 有限元仿真验证30-37
• 2.3.1 主极平行充磁的不均匀Halbach永磁电机解析模型验证30-32
• 2.3.2 主极径向充磁的不均匀Halbach永磁电机解析模型验证32-33
• 2.3.3 平行充磁的表贴式永磁电机解析模型验证33-35
• 2.3.4 径向充磁的表贴式永磁电机解析模型验证35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 不考虑开槽的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场分析38-48
• 3.1 不均匀与均匀Halbach永磁电机气隙磁场比较39-42
• 3.1.1 气隙磁场畸变率对比39-40
• 3.1.2 气隙磁场基波幅值对比40
• 3.1.3 极对数为2时气隙磁场畸变率和基波幅值对比40-42
• 3.2 不均匀Halbach永磁电机与表贴式永磁电机气隙磁场比较42-45
• 3.2.1 气隙磁场绝对基波幅值的比较分析42-43
• 3.2.2 气隙磁场相对基波幅值的比较分析43-44
• 3.2.3 气隙磁场畸变率的比较分析44-45
• 3.3 主极充磁为径向型与平行型的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场比较45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 考虑齿槽的不均匀Halbach永磁电机气隙磁场分布解析法48-59
• 4.1 保角变换法简介48-49
• 4.2 基于保角变换的气隙磁场分布求解49-56
• 4.2.1 齿槽模型保角变换50-53
• 4.2.4 考虑齿槽的气隙磁场分布解析推导53-56
• 4.3 有限元仿真验证56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 不均匀Halbach永磁电机齿槽转矩研究59-64
• 5.1 永磁电机齿槽转矩简介59-61
• 5.1.1 麦克斯韦张量法60
• 5.1.2 虚位移法60-61
• 5.2 不均匀Halbach永磁电机齿槽转矩解析法及仿真验证61-62
• 5.3 主极占比例对齿槽转矩影响62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果70-71
• 致谢71-72
• 附表72

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