双转子永磁电机优化设计与电磁分析

发布时间：2020-04-27 23:03

【摘要】：在能源危机、资源紧缺的背景下,高效、节能且调磁性能好的新型电机研发受到了越来越多国内外学者的重视。本文研究一种新型单定子-双转子结构的双转子电机,其具有功率密度高、结构紧凑、铁心利用率高、绕组端部短等优点,可应用于风力发电、航空电源、水下航行器等领域。本文深入研究了双转子永磁电机的结构特点和运行原理,并在此基础上设计了同向旋转双转子永磁电机和异向旋转双转子永磁电机绕组连接方式,给出了对于双转子电机的等效分析法。针对双转子永磁电机气隙磁通分布复杂,转矩波动严重的情况,将双转子永磁电机永磁体分块,并对内、外磁体进行反序Halbach排列。使其外侧Halbach磁体可以增强外转子内侧磁密,减弱外侧磁密;内侧Halbach磁体可以增强内转子外侧磁密,减弱内侧磁密,以提高了电机的运行效率,减小了漏磁,降低了铁耗。用有限元法分析该了电机内、外侧气隙磁密、齿槽转矩及转矩脉动等参数,并与传统径向充磁方式进行比较。基于能量法和傅里叶分解,推导了双转子永磁同步电机齿槽转矩的表达式。针对双转子永磁电机特殊结构,研究了一种磁极偏移和槽偏移配合方法来削弱电机的齿槽转矩。设计一种外磁极对称偏移方法,用于降低外齿槽转矩幅值,且保持其周期和初始相位不变;再通过计算外槽口移动角度使得内、外齿槽转矩反相位消去。并用有限元法进行仿真验证,仿真结果与解析计算结果一致。最后,在双转子永磁同步电机的基础上,研究了一种具有新型结构的双转子混合励磁电机,通过单定子-双转子结构实现了永磁同步电机和电励磁双凸极电机高效结合。讨论和研究了永磁同步电机转子极对数和电励磁双凸极电机转子极数的匹配原则和绕组连接方案;设计了一种新型中间定子结构。根据永磁同步电机部分和双凸极电机部分电动势的叠加原理,双凸极电机转子的极弧系数被调整来改善其感应电动势波形。并用有限元计算验证了该复合电机的可行性及其运行特性。
【图文】：

双转子,感应电机,磁通,样机

峡大学全日制专业学位硕士学位论文气隙产生两个同速旋转磁场，在该磁场的作用下，，两个转子产生转矩同时输电机缩短了电枢绕组端部的长度，降低了电枢绕组的电阻、铜耗量和中间顶漏抗。当设备极数较少时，电枢绕组的漏抗、电阻值同传统感应电机比十分明显，但是设备感抗会得到增加，使电机工作效率和功率密度得到大共定子设计成环形结构，内、外侧同时开槽并缠绕绕组，该环形绕组结构子的内、外两侧均得到充分利用，所以可以提升电机的转矩密度。除此之绕组端部不会产生切向磁拉力，具备较好的散热能力[23]。

双转子,轴向

图 1.2 内、外双转子轴向电机结构通常采用径向磁场，然而径向磁场设备具有一定局限性：第外径，通常致使转子铁心利用率较低；第二是设备的定子、并无与外部的接触面，因而造成了冷却难的问题；第三是高的转动惯量大，从而使得设备的动态周期加长。然而轴向磁。研究显示，轴向电机具有相对较高的功率对重量的比值。的设备而言，其优势更加显著。当今，轴向电机己经在一些随着电机理论和工艺的不断进步，其应用将会更加广泛。与转子轴向永磁电机能够看成共用一个中间定子的内、外两个而成，其结构示意图如图 1.3 所示。12
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351

【参考文献】