双转子对转永磁电机理论与仿真研究

摘要

作为特种电机的双转子对转永磁同步电机，其与传统电机相比具有结构紧凑、定子铁心利用率高、功率密度高、一机双驱等优点。双转子对转永磁同步电机为一定子双转子结构，运行时定子两侧磁场反向旋转，它可以应用于水下航行器对转螺旋桨推进系统，能在提供推力的同时，抵消圆周方向的横滚力矩，从而避免航行器的侧滚现象。类似的性能还可应用于高速风力发电机、电动航模直升机等方面。目前对于该种电机的研究仅限于基础理论方面，主要是因为该种电机电磁量关系复杂，不易分析和控制功率分配，且该种电机存有一定先天性缺陷。本文就是基于此基础上，在对该种电机进行基础理论研究的同时，明确指出了其存在的缺陷及产生的本质原因，并对这些缺陷的削弱和避免提出了一些可行性方法和策略。
　　本文首先阐述了双转子反向对转电机的基础理论，包括结构、运行原理、电磁路模型、矢量关系等。这部分理论研究前人做得已经较为成熟，但在两个地方还有欠缺之处：一为定子绕组方式。要在定子的两侧形成对转磁场，方法有很多，本文选择两套绕组串联方式，仿真证实了它的可行性；二为定子磁路建模。由于两侧对转磁场在定子轭部共用同一个通路，导致轭部磁通分布是时变的，磁阻也是变化的，本文提出的磁路轭部模型简单明了，有限元仿真验证了其科学性。
　　其次本文对基础理论进行了基于有限元分析的验证。本文的特色之一就是一些理论想法的验证。建模是个需要严格理论支持和实践验证的过程，本文在专业的电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell上建立电机模型，然后逐一检验了所阐述的基础理论，并对误差部分进行了分析，仿真结果证实了所建模型和基础理论在一般工程应用中的可用性。
　　最后本文还对双转子反向对转电机存在的缺陷及改进方法进行了探讨。此种电机在两侧磁路同向并联时磁阻较大，容易出现磁路过饱和，导致三相电磁量不对称；当电机的一侧或两侧转子同时受到转矩冲击时，两侧转子的转矩和转速震荡会出现叠加现象，使得整个对转电机的转矩和转速震荡较为复杂；对转电机可看做是两侧独立电机的串联，共用同一电流，而电压矢量和一定，导致电磁矢量关系复杂，功率分配等较难把握。等等。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 研究发展现状

1.2.1 永磁电机的研究发展状况

1.2.2 对转电机的研究发展状况

1.3 论文的主要研究内容

第2章 双转子对转永磁电机的结构与运行原理

2.1 电机的基本结构

2.1.1 整体结构

2.1.2 定子绕组绕线方式

2.2 电机的运行原理及特点

2.2.1 邑机的运行原理

2.2.2 电机的特点

2.3 本章小结

第3章 双转子对转永磁电机的理论分析与建模

3.1 等效磁路模型

3.1.1 电机磁路的特点

3.1.2 电机的磁路模型

3.1.3 电机磁路参数的计算

3.2 等效电路模型及电磁矢量关系

3.2.1 电机的电磁关系

3.2.2 电机的等效电路模型及其矢量关系

3.2.3 电机电磁矢量的唯一确定性

3.3 电机的能量流通关系

3.3.1 功率方程和转矩方程

3.3.2 电机的功角特性及功率因数角

3.4 本章小结

第4章 双转子对转电机的有限元分析

4.1 内外侧反向旋转磁场形成验证

4.2 电路模型及矢量关系的验证

4.3 磁路及三相不对称的验证

4.4 本章小结

第5章 双转子对转电机的特性分析与改进

5.1 磁路易饱和与三相不对称的削弱

5.1.1 加宽定子磁轭最窄处的宽度

5.1.2 两侧槽交错排布

5.2 齿槽转矩的特点与削弱

5.2.1 齿槽转矩产生原理

5.2.2 极槽数配合法

5.2.3 改变极弧系数

5.2.4 改变齿槽宽度比

5.2.5 永磁体分段

5.3 对转电机的转矩冲击响应及震荡特点

5.3.1 影响同步电机转矩冲击响应的因素

5.3.2 对转电机的转矩冲击响应特点及震荡削弱方法

5.4 对转电机的盘式化

5.4.1 盘式对转电机的结构特点

5.4.2 等效电磁路模型

5.4.3 功率分配

5.5 本章小结

结 论

参考文献

附录A Matlab程序

附录B 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢