基于磁极不等宽Halbach磁路结构在永磁力矩电机中的研究应用

摘要

永磁力矩电机能够直接与负载相连接，降低了机械传动带来的传动误差以及损耗，采用直接驱动形式能够提高机械传动系统的刚度和效率，也能够提高机械传动系统的可靠性。随着现代永磁力矩电机朝着高转矩密度、低转矩波动、低齿槽转矩的方向发展，必须要提高气隙磁密基波幅值以及气隙磁密波形正弦性，但传统径向充磁和平行充磁磁路结构不能满足该要求。因此，在永磁材料以及充磁技术难以提高的情况下，可以通过新型磁路结构的研究，达到提高气隙磁密基波幅值以及气隙磁密波形正弦性的目的。
　　本文在国内外学者对Halbach阵列研究成果的基础上，对Halbach阵列的基本原理以及Halbach阵列电机的电磁设计做了详细阐述，并通过有限元仿真的方法设计制造了磁极等宽Halbach阵列电机，应用现有实验设备对其输出转矩和齿槽转矩进行数据采集，对比实验结果与有限元仿真数据，验证了有限元计算方法的正确性；上述有限元计算方法的正确性为研究磁极不等宽Halbach阵列奠定理论基础。在磁极等宽Halbach阵列结构的基础上，以增大气隙磁密基波幅值和降低波形正弦畸变率，从而增大电机转矩密度和降低转矩波动为目的，对Halbach阵列磁极结构进行磁钢厚度、磁极配比、充磁夹角等的优化设计，得到最优的磁极配比和充磁角度，根据优化参数建立电机优化模型，使用有限元法对优化方案进行仿真计算。结果表明，采用磁极不等宽Halbach磁路结构能够实现了电机转矩密度的增大和转矩波动的减小。

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第一章 绪论

1.1 Halbach阵列的研究背景及意义

1.2 Halbach阵列的发展趋势

1.3 Halbach阵列的应用前景

1.4 本课题研究的主要研究内容及研究方法

1.5 本章小结

第二章 Halbach磁路结构的基本原理

2.1 Halbach阵列结构的基本特点

2.2 Halbach阵列结构电机与传统永磁电机的比较

2.3 Halbach阵列的基本原理[1]

2.4 本章小结

第三章 KMB-T140永磁力矩电机的电磁设计

3.1 KMB-T140永磁力矩电机设计特点

3.2 KMB-T140主要设计指标

3.2主要尺寸与电磁负荷的关系

3.3 极槽配合的选择

3.4定子绕组的设计

3.5 定子冲片的设计

3.6 气隙长度的选择

3.7 KMB-T140永磁力矩电机的主要计算参数及实测结果

3.8 本章小结

第四章 磁极等宽Halbach阵列力矩电机有限元设计及实验对比

4.1 Ansoft Maxwell有限元分析软件简介

4.2 Halbach阵列永磁力矩电机的设计指标

4.3 Halbach阵列结构设计

4.4 磁极等宽Halbach阵列电机建模技术

4.5 槽口宽的优化

4.6 电机静态有限元仿真

4.7 电机的瞬态有限元仿真

4.8 电机性能对比

4.9 样机试制及实验对比

4.10 本章小结

第五章 磁极不等宽Halbach阵列转子磁极结构的优化设计

5.1 Halbach阵列磁极不等宽结构

5.2 Halbach阵列转子永磁体的优化设计

5.3 磁极不等宽Halbach阵列永磁电机的仿真分析

5.4 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 总结

6.2后续工作与展望

致谢

参考文献

附录