异向旋转轴向磁场无槽永磁同步电机特性分析与仿真

摘要

异向旋转轴向磁场无槽永磁同步电机(CAMFSPMSM)特点:一是单电端口输入和两个独立异向等速、等力矩机械端口输出结构形式，二是具有轴向尺寸短、重量轻、体积小、无齿槽力矩等优势;与传统电机相比，由于磁路结构上的存在较大的差异，还有颇多基础理论需要研究和验证，许多科学问题需要解决，所以本文将围绕该类电机运行的基础理论问题进行如下研究。
　　 首先，阐述其运行原理，针对两个异向旋转磁场耦合的特点，建立其特殊的等效电磁模型，由于异向旋转引起永磁体相对位置周期变化，从而在定子铁心中产生了周期变化的轴向磁路，利用磁阻参数变化等效永磁体空间位置变化，所得等效磁路模型可较准确体现该电机内磁场变化。该类型的电机可等效为两台主磁路并联、环形绕组反相序串联的永磁同步电机，异向旋转磁场在气隙中与转子永磁体空载磁场相互作用产生电磁功率;通过机械结构和电磁关系的特点，建立其模型并进行仿真研究。
　　 其次，针对该电机的其特殊的等效电磁模型通过一组尺寸方程说明影响电机性能的主要参数，由于电磁场分布的特殊性，需应用三维电磁场数值计算方法准确分析电机的电磁场，才能充分考虑饱和、磁通散射和漏磁等因素的影响。本文以一组特定的尺寸参数为依据，借助Matlab和Opera专用分析软件进行电磁场分析、联合仿真，研究了该类电机性能，验证了电磁设计方法的合理性。在以后的电机设计中可以使用该套方法准确的预测电机的性能，并可以之为基础进行优化设计，提高设计效率。
　　 最后，在基础理论研究的前提下，研制了一台16极，功率2.2kW(单轴为1.1kW)，转速500r/min试验样机，并进行总体结构设计，利用Auto-CAD专门的工程平面绘图软件绘制了电机关键零、部件的工程图样。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 永磁电机的研究发展现状

1．2．2 异向旋转轴向磁场电机研究发展现状

1．2．3 控制理论的研究

1．3 课题的主要研究内容

1．3．1 本文的研究对象

1．3．2 本文的研究的主要内容

第2章 异向旋转轴向磁场永磁电机的运行特性

2．1 轴向磁场电机运行原理

2．2 轴向磁场电机的磁路分析

2．2．1 磁路模型

2．2．2 等效电路模型

2．3 轴向磁场电机的驱动控制系统

2．4 轴向磁场电机的特性

2．5 本章小结

第3章 异向旋转轴向磁场永磁电机的性能计算与关键部件的结构设计

3．1 轴向磁场电机设计思路

3．1．1 轴向磁场电机磁路参数的理论计算

3．1．2 绕组分析

3．2 轴向磁场电机设计方案

3．2．1 空载工作点的确定

3．2．2 基本电磁关系

3．2．3 主要尺寸的选择

3．2．4 轴向磁场电机的计算结果

3．3 轴向磁场电机的结构设计

3．3．1 机械结构设计原则

3．3．2 总体机械结构

3．3．3 绕组绝缘处理

3．3．4 转子

3．4 本章小结

第4章 异向旋转轴向磁场永磁电机有限元仿真

4．1 有限元分析软件介绍

4．2 轴向磁场电机限元仿真

4．2．1 轴向磁场电机模型

4．2．2 空载磁场有限元分析

4．3 与Matlab联合仿真

4．3．1 仿真模型

4．3．2 仿真结果

4．4 本章小结

总结及展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 轴向磁场电机样机和调试实物照片

致谢