轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

发布时间：2021-01-17 17:47

　　为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 双转子离散式定子的轴向磁通永磁电机结构

假设定子槽深度无穷大，考虑定子槽影响的轴向磁通电机2D等效模型如图3所示，其中A1和A2是A相绕组的两个线圈，b0为槽口宽度。气隙相对磁导率能够反映槽口形状的影响，可由无槽2D等效模型的气隙磁密推导出有槽气隙磁密。在有槽径向磁通电机中，通常采用保角变换求解气隙相对磁导率，本文将复数保角变换的方法应用于轴向磁通电机的2D等效模型中。实际物理平面Z域中的气隙形状为有槽结构，如图3所示。映射平面T域中的气隙形状为无槽结构，如图2所示，前文已经得出了无槽模型的磁场解析解。将Z域中的有槽气隙形状转换为T域中的无槽气隙形状需要经过中间域W域的变换。文献[18]详细描述了Z域、W域和T域及其变换的过程。复数形式的气隙相对磁导率λ是通过Z域、W域和T域的变换得到的，可以表示为[19]

图5为电机在半径r=84mm的气隙中心处一个磁极下的轴向和周向空载气隙磁密波形。可以看到解析计算的气隙磁密波形和有限元分析的气隙磁密波形吻合得较好。轴向磁通电机的反电动势的有限元分析结果和解析计算结果如图6所示。图7为一个电周期内轴向磁通电机的电磁转矩波形，可以看出，有限元分析的电磁转矩略小于解析计算的结果，这是因为解析计算忽略了电机转子铁心和定子铁心的磁阻，也忽略了轴向电机的端部漏磁。图5 气隙中心处的空载气隙磁密波形

【参考文献】：
期刊论文
[1]定子无铁心轴向磁通永磁同步电机研究进展综述[J]. 刘向东,马同凯,赵静.  中国电机工程学报. 2020(01)
[2]轴向磁通非晶合金永磁电机空载铁耗的解析计算方法[J]. 朱龙飞,朱建国,佟文明,韩雪岩.  中国电机工程学报. 2017(03)



本文编号：2983319