可变磁通分离定子永磁型爪极电机的研究

发布时间：2020-05-22 19:28

【摘要】：近年来,永磁电机的弱磁扩速问题一直是研究的热点话题。由于永磁电机的励磁磁场是由永磁体产生,电机一旦加工完成其励磁磁场难以调节,这导致电动运行时,恒功率区较窄,调速范围有限;发电运行时,电压调节范围较小,去磁困难。当需要扩速时,通常施加持续的d轴电流来削弱气隙磁场,此时永磁体易发生不可逆退磁,因而极大的限制了永磁电机的适用场合。本文提出了一种新型可变磁通分离定子永磁型爪极电机,采用记忆型永磁体励磁,在保证电机较高能量密度的基础上,通过电流脉冲改变永磁体的磁化水平,提高了永磁电机弱磁扩速能力的同时,使电机具有较低的调磁损耗,提高了电机的效率。首先,对可变磁通分离定子永磁型爪极电机的结构进行分析。根据励磁形式的不同,分别对串联式和并联式混合永磁体励磁结构电机的工作原理和磁路进行比较说明。针对磁路中存在的不可忽视的漏磁问题,分析了漏磁磁路并推导了主要漏磁的磁导计算式。结合主磁路以及主要的漏磁磁路建立了可变磁通分离定子永磁型爪极电机的等效磁路模型,给出了模型中各磁参量的计算式以及计算流程,并根据电机的等效磁路模型和漏磁情况建立完整的可变磁通分离定子永磁型爪极电机的数学模型。其次,对铝镍钴记忆型永磁体的调磁机理和调磁能力进行探究。从铝镍钴永磁体的退磁曲线入手,找到有效线性控制范围。在空载和额定负载条件下,对单一铝镍钴永磁体、串联式混合永磁体和并联式混合永磁体励磁形式电机的气隙磁场以及磁场调节能力进行分析,确定不同励磁形式对应的有效磁场调节范围,找到不同励磁形式磁场调节的规律。通过对比分析,总结影响可变磁通分离定子永磁型爪极电机磁场调节能力的一般规律。然后,对爪极形状与电机漏磁之间的关系进行分析,并讨论了选择斜爪形状的合理性。结合等效磁路模型中可变磁通分离定子永磁型爪极电机的主要漏磁形式,通过改变爪极结构的主要参数,探究影响电机漏磁主要的爪极结构参数。根据参数变化规律优化爪极结构的设计并验证结论的有效性。最后,对电机的运行特性进行计算。电机的运行特性包含电机的转矩以及损耗情况。在计算中,一方面讨论了电机转矩波动产生的原因,并推导了电机齿槽转矩的计算式;另一方面与常规电励磁爪极电机进行比较,比较电机在不同转速条件下的损耗和温升,验证电机在磁场调节过程中的高效性。
【图文】：

电机原理,永磁体

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文与蓝色部分为切向充磁的永磁体 N 极与 S 极，永磁体采用铝镍钴（AlNiCo）材料，该永磁材料具有剩磁 Br高，，矫顽力 Hc很低的特点。转子由永磁体，导磁材料（与永磁体相邻的部分）及非磁性材料（黄色三角形部分）构成“三明治夹层结构，用机械的方法固定在一根非磁性轴上。在初始状态下，转子上的永磁体产生的磁场由箭头所示，此时磁通为max 。当在定子上施加一个与永磁体原磁化方向相反的直轴去磁电流脉冲di 后，转子永磁体被部分去磁，此时在距离非磁性轴表面0r 的位置处产生一个分界面，使得永磁体被分成磁化方向不同的两个部分，穿过气隙的主磁通减小，如图 1-1 b)所示。该电机通过控制直轴去磁电流脉冲改变永磁体磁化水平，并且永磁材料对该变化具有记忆性，因而通过改变永磁体磁化强度而实现的可变磁通永磁电机也被称作记忆电机。

示意图,爪极电机,磁通,路径

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文隙，因而主磁通经上爪到达穿过气隙进入定子”，实际上相邻的上下爪极间距并不满足远大于气隙长度的要求，并且由于定子开槽作用，变相提高了等效气隙长度，更进一步的促使了漏磁现象的产生，因而减少漏磁的优化是爪极电机设计中的重要一环。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351

【参考文献】