双侧输出低速大转矩复合电机的设计与仿真

摘要

随着工业生产水平的不断进步，人们对于低速大转矩输出的需求越来越大。而传统的减速机构存在体积大、重量大、噪声大等缺点。而将永磁电机与永磁齿轮相结合构成复合电机具有体积小、重量轻、噪声小、传递转矩精确以及过载保护等优点。因此，设计复合电机用于低速大转矩直驱十分必要并且具有广阔的前景。
　　本文对永磁齿轮的结构及其工作原理进行了分析，并通过有限元分析验证了所述理论公式的正确性。通过对不同永磁体极对数进行仿真，根据其结果选择了合适的变比。又确定了对永磁齿轮性能产生影响的各个因素，使用有限元法对永磁齿轮进行建模，分别分析计算了各个影响因素对于输出转矩的具体影响情况，并根据最优方案对永磁齿轮的各部分参数进行了设定与优化。本文根据永磁电机与永磁齿轮的结构及其工作原理提出并设计了两种不同结构复合电机的拓扑结构，即内嵌式双侧输出复合电机与串联式双侧输出复合电机。给出了两种结构复合电机的各项参数，分析了其各自的工作原理，并应用Ansoft对其进行2D有限元分析。计算出内嵌式复合电机的磁密分布及磁力线分布，分析了其三层气隙结构的气隙磁密，从而验证了内嵌式复合电机设计的可行性，同时还分析了其空载启动及负载启动时转矩与转速波动曲线及空载稳定运行时转矩与转速输出结果。由于内嵌式复合电机结构限制，无法达到更低转速与转矩输出，进而又设计了串联式复合电机结构，计算出其各部分磁密分布及磁力线分布，空载及负载情况下启动时转速与转矩波动情况及空载稳定运行时转速与转矩输出情况，进而验证了本设计的正确性。
　　复合电机结构紧凑、转矩密度高、功率因数高，又有过载自保护能力，适合于低转速、高转矩直接驱动系统。本文所设计的复合电机取得了电机结构和设计上的创新，为低速大转矩电机的设计增添了新的途径。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2低速大转矩电机的国内外研究现状

1.2.1机械减速式低速大转矩输出结构

1.2.2低速大转矩永磁同步电机

1.2.3复合电机结构

1.3永磁齿轮的研究现状

1.3.1传统结构永磁齿轮的研究状况

1.3.2新型永磁齿轮的研究状况

1.4本文的主要研究内容

第2章 磁场调制型永磁齿轮的结构与原理分析

2.1磁场调制型永磁齿轮的结构特点

2.2磁场调制型永磁齿轮的原理分析

2.2.1数学模型

2.2.2内转子永磁体磁场分析

2.2.3外转子永磁体磁场分析

2.2.4合成磁场分析

2.3本章小结

第3章 磁场调制型永磁齿轮的设计优化与仿真分析

3.1磁场调制型永磁齿轮的设计与优化

3.1.1永磁齿轮参数的初选

3.1.2影响永磁齿轮性能的因素

3.1.3永磁体极对数对转矩的影响

3.1.4调磁铁环各参数对转矩的影响

3.1.5气隙大小对转矩的影响

3.1.6永磁体厚度对转矩的影响

3.1.7铁轭厚度对转矩的影响

3.2磁场调制型永磁齿轮的仿真与有限元分析

3.3本章小结

第4章 磁场调制型复合电机的设计与仿真分析

4.1内嵌式双侧输出复合电机的结构设计与仿真分析

4.1.1内嵌式双侧输出复合电机的拓扑结构

4.1.2内嵌式双侧输出复合电机的基本参数与工作原理

4.1.3内嵌式双侧输出复合电机的仿真分析

4.2串联式双侧输出复合电机的结构设计与仿真分析

4.2.1串联式双侧输出复合电机的拓扑结构

4.2.2串联式双侧输出复合电机的基本参数与工作原理

4.2.3串联式双侧输出复合电机的仿真分析

4.3两种结构复合电机性能对比分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢