永磁容錯型游標(biāo)電機的設(shè)計與分析.pdf

1、直接驅(qū)動技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，成為當(dāng)前電機領(lǐng)域的研究熱點。不同于其他驅(qū)動系統(tǒng)，高性能的電機作為直接驅(qū)動技術(shù)的核心，除了需要有高功率密度和高效率外，低速大轉(zhuǎn)矩能力以及系統(tǒng)的高可靠性也是必不可少的。過去的幾十年中，永磁電機以其固有的結(jié)構(gòu)堅固、功率密度高和效率高等優(yōu)勢而極具吸引力。近些年來，為提高電機可靠性，通過采用單層分數(shù)槽集中繞組(Single-Layer Fractional-Slot Concentrated-Winding,SL-

2、FSCW)以及多相結(jié)構(gòu)等方法而興起的永磁容錯(Fault-Tolerant Permanent-Magnet，F(xiàn)TPM)電機也越來越受到廣泛關(guān)注。與此同時，一種基于“磁齒輪效應(yīng)”高轉(zhuǎn)矩密度的新型永磁游標(biāo)(Permanent-Magnet Vernier, PMV)電機也開始進入人們視野。它通過在定子結(jié)構(gòu)上引入調(diào)制齒，對高速旋轉(zhuǎn)的電樞繞組磁場以及低速旋轉(zhuǎn)的外轉(zhuǎn)子永磁體磁場進行有效調(diào)制，可在定子電樞極數(shù)和槽數(shù)較少的情況下實現(xiàn)了低速大轉(zhuǎn)矩運行

3、能力。
　　本文提出了一種應(yīng)用于直接驅(qū)動系統(tǒng)的五相容錯型永磁游標(biāo)(Fault-TolerantPermanent-Magnet Vernier, FT-PMV)電機，旨在結(jié)合PMV電機高轉(zhuǎn)矩密度和FTPM電機高可靠性的優(yōu)點。
　　論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　1.基于新型磁場調(diào)制式磁齒輪工作機理的解析式分析，開展PMV電機工作原理的研究，首次將二者工作原理用統(tǒng)一表達式進行解釋，并通過有限元仿真對兩者工作原理進

4、行了驗證。
　　2.對FSCW特性進行了較為全面的闡釋，繼而補充了FSCW PMV電機工作原理表達式的條件。通過引入源電機概念，提出了一種簡單方便的FSCW PMV電機設(shè)計分析方法。
　　3.通過對不同每極每相槽數(shù)(Slots per Pole per Phase，SPP)q值的FSCW PMV電機電磁性能進行大量的對比分析，得到了設(shè)計者需要根據(jù)需求側(cè)重點選擇合適FSCW的結(jié)論，突破了現(xiàn)有FSCW PMV電機均采用雙層FSC

5、W(Double-Layer FSCW,DL-FSCW) q=1/2這一結(jié)構(gòu)的束縛。
　　4.提出采用SL-FSCW結(jié)構(gòu)的五相FT-PMV電機。詳細闡述它的設(shè)計優(yōu)化過程，包括電機主要尺寸、源電機選擇、FSCW分布、永磁體和齒寬尺寸等方面。
　　5.基于Ansoft公司的有限元分析軟件Maxwell2D以及驅(qū)動電路模擬軟件Simplorer對所提出的FT-PMV電機進行了大量電磁性能的仿真與分析，驗證了設(shè)計初衷。
　　6