圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究

发布时间：2017-09-03 11:09

  本文关键词：圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究

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【摘要】：作为自由活塞斯特林发电系统中的发电机,圆筒型永磁直线电机虽然具有高功率密度、高效率等优点,但是电机在高速振荡时,很难兼顾动子结构的牢固性与电机的动态响应特性,并且永磁体在高温下易造成不可逆退磁。为了解决以上问题,本文对一种新型圆筒型开关磁链永磁直线电机进行了深入研究,该电机动子结构简单、牢固、质量轻,初级位于电机外侧易于散热,并且单相绕组使电机在启动时更加易于控制。首先,本文讨论了电机在不同工作状态运行的工作原理,推导了电机的基本电磁模型、等效电路模型和简谐运动模型。初步设计了一台300W电机模型,在圆柱坐标系下建立了电机的二维有限元模型。通过有限元分析,讨论了电机的漏磁情况、气隙磁密分布、电感波动、磁链波形、反电势波形等基本电磁特性,分析了运动状态对于电机反电势、功率、损耗、负载特性的影响。其次,本文研究了电机的永磁体形状、定子/动子齿宽、动子轭部内/外径这些结构变化对电机的影响,主要观察了电机的反电势、功率、功率密度、损耗、效率、推力等指标,优化过程重点考虑电机具有较高的功率密度,以及较高的效率和推力。然后,本文讨论了电机磁阻力的来源及主要削弱方法。通过有限元分析了电机磁阻力对推力的影响,经过仿真对比,提出通过合理的结构参数配比来减弱磁阻力的方法,主要通过调整定子齿宽度和永磁体厚度的配合、定子齿宽度和动子齿宽的配合来实现。最后,本文分析了电机的三维稳态温度场特性,讨论了封闭机壳下电机双凸极结构温度场分布的特殊性。建立了电机的三维物理模型,确定了主要温度场计算参数,利用有限元软件分析了电机的稳态温度场分布特点,并且讨论了不同冷却条件对电机温度场分布的影响。
【关键词】：直线电机 开关磁链 斯特林发电系统 磁阻力 温度场
【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】：2015
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-22
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8
• 1.2 直线发电机的国内外研究现状8-14
• 1.2.1 斯特林发电系统的结构和原理8-10
• 1.2.2 直线发电机的发展现状10-14
• 1.3 FSPMLM的国内外研究现状14-20
• 1.3.1 传统结构FSPMLM15-16
• 1.3.2 混合齿FSPMLM16-17
• 1.3.3 混合极FSPMLM17-18
• 1.3.4 混合励磁FSPMLM18-19
• 1.3.5 其他结构FSPMLM19-20
• 1.4 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 TFSPMLM的原理及有限元分析22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 TFSPMLM的基本工作原理22-24
• 2.2.1 发电机模式22-23
• 2.2.2 电动机模式23-24
• 2.3 TFSPMLM的数学模型24-28
• 2.3.1 基本电磁模型24-25
• 2.3.2 等效电路模型25-27
• 2.3.3 简谐运动模型27-28
• 2.4 TFSPMLM的设计28-29
• 2.4.1 电机材料的选取28
• 2.4.2 电机尺寸的设计28-29
• 2.5 TFSPMLM的有限元分析29-35
• 2.5.1 空载磁场分析29-30
• 2.5.2 磁链和反电势分析30-32
• 2.5.3 电感分析32
• 2.5.4 推力分析32-33
• 2.5.5 损耗分析33-34
• 2.5.6 负载特性分析34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第3章 TFSPMLM的结构参数优化37-44
• 3.1 引言37
• 3.2 定子内/外径比和永磁体厚度对电机性能的影响37-38
• 3.3 定子齿宽度对电机性能的影响38-39
• 3.4 动子齿宽度对电机性能的影响39-40
• 3.5 动子轭外径对电机性能的影响40-42
• 3.6 动子轭内径对电机性能的影响42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 TFSPMLM的磁阻力及其削弱方法44-51
• 4.1 引言44
• 4.2 磁阻力的原理与研究现状44-46
• 4.2.1 齿槽力的研究44-45
• 4.2.2 端部力的研究45-46
• 4.3 磁阻力的计算与分析46-47
• 4.4 磁阻力的削弱方法47-50
• 4.4.1 定子齿宽度与永磁体厚度的配合对磁阻力的影响48-49
• 4.4.2 动子/定子齿宽的配合对磁阻力的影响49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 TFSPMLM的温度场分析51-64
• 5.1 引言51
• 5.2 TFSPMLM温度场求解模型的建立51-54
• 5.2.1 物理模型51-52
• 5.2.2 数学模型52-54
• 5.3 TFSPMLM温度场热参数的确定54-61
• 5.3.1 电机内损耗的计算54-56
• 5.3.2 材料导热系数的计算56-58
• 5.3.3 表面换热系数的计算58-61
• 5.4 TFSPMLM温度场的计算与分析61-63
• 5.6 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 程远雄;永磁同步直线电机推力波动的优化设计研究[D];华中科技大学;2011年

2 夏加宽;高精度永磁直线电机端部效应推力波动及补偿策略研究[D];沈阳工业大学;2006年

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本文编号：784627