基于軟磁復(fù)合材料的盤式橫向磁通永磁無刷電機(jī)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、盤式橫向磁通永磁無刷電機(jī)(Disk Transverse-flux Permanent MagnetBrushless Machine,DTFPM)集中了軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)、橫向磁通永磁電機(jī)和分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機(jī)三種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),具有短軸、薄型、高容錯(cuò)能力、高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和電磁負(fù)荷獨(dú)立設(shè)置的優(yōu)點(diǎn),但如采用疊壓硅鋼材料作為其定子鐵心,則該電機(jī)具有高漏磁和高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的缺陷,影響到該種電機(jī)進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。軟磁復(fù)合材料(Soft Ma

2、gnetic Composite,SMC)是一種新型導(dǎo)磁材料,具有磁熱各向同性、模壓成形、高頻鐵耗低、材料利用率高、尺寸精度高等電機(jī)導(dǎo)磁材料所需要的優(yōu)良特性,將SMC材料替代疊壓硅鋼材料而形成的基于SMC的DTFPM,是一種新型結(jié)構(gòu)的DTFPM,SMC材料的使用使其保有原有優(yōu)勢(shì)的同時(shí),提供了眾多降低其漏磁和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法,從而可有效降低其漏磁和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。目前,無論DTFPM還是基于SMC的電機(jī)研究都較少,更未見基于SMC的DTFPM的研

3、究報(bào)告,因此基于SMC的DTFPM的研究,具有重要實(shí)用價(jià)值和理論研究意義。本文主要研究?jī)?nèi)容以下:
  首先,描述與SMC DTFPM相關(guān)的研究背景、研究意義和研究現(xiàn)狀,其中包括與本課題相關(guān)的盤式結(jié)構(gòu)永磁無刷電機(jī)、橫向磁通永磁無刷電機(jī)、DTFPM及SMC電機(jī)的研究現(xiàn)狀,最后給出本文的主要研究?jī)?nèi)容。
  其次,提出新型結(jié)構(gòu)的SMC DTFPM,并介紹其結(jié)構(gòu)原理和優(yōu)越性。特別是由于SMC材料的應(yīng)用,與疊壓硅鋼材料相比,提供了更多降

4、低漏磁系數(shù)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法,如增加SMC弧形定子齒靴、上下齒靴錯(cuò)位;而且為了彌補(bǔ)SMC磁導(dǎo)率低的問題,可以僅把定子齒靴部分變?yōu)镾MC,定子極身保持為硅鋼片材料。針對(duì)上述電機(jī),文中使用電磁場(chǎng)仿真驗(yàn)證了其優(yōu)越性,并通過對(duì)比常規(guī)電機(jī)的幾種研究方法(解析法、有限元法和磁路法),得出磁路法作為主體、有限元法用來輔佐驗(yàn)證調(diào)整的研究思路。
  再次,建立基于SMC的DTFPM磁網(wǎng)絡(luò)模型,并使用這一模型計(jì)算該種電機(jī)的性能參數(shù),如永磁相電動(dòng)勢(shì)波形、

5、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波形。首先,推導(dǎo)出磁網(wǎng)絡(luò)中各類磁路對(duì)應(yīng)磁阻和磁勢(shì)的計(jì)算公式,包括永磁體自身的磁阻和磁勢(shì)、永磁體漏磁路的磁阻、定子極身磁阻和定子繞組磁勢(shì)等;其次,推導(dǎo)出不考慮飽和情況下單個(gè)永磁體的磁路模型隨著定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置變化而變化的規(guī)律,進(jìn)而基于該規(guī)律建立考慮定子飽和時(shí)所有永磁體共同作用下整個(gè)電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò),并通過總結(jié)幾個(gè)特定位置磁網(wǎng)絡(luò)的規(guī)律,推導(dǎo)出符合任意轉(zhuǎn)子位置的通用磁路網(wǎng)絡(luò)模型;再次,求解通用磁網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)磁位方程組,從而進(jìn)一步求得永磁

6、磁鏈、永磁電動(dòng)勢(shì)、負(fù)載磁鏈、輸出轉(zhuǎn)矩、磁密分布等;最后采用三維有限元方法,驗(yàn)證所建立的磁網(wǎng)絡(luò)模型及由磁網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行電機(jī)性能計(jì)算方法的正確性。
  然后,進(jìn)行基于SMC的DTFPM的電磁計(jì)算程序及計(jì)算機(jī)輔助程序設(shè)計(jì)。即將上述的磁網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用MATLAB中的圖形用戶界面(GUI)來實(shí)現(xiàn),并在界面中增加計(jì)算槽滿率、電流密度、效率等電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的模塊,從而有效達(dá)到電機(jī)參數(shù)方便輸入和性能參數(shù)快捷輸出的效果。應(yīng)用已建立的界面,進(jìn)行基于功率、效

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