新型轴向磁场磁通切换永磁电机设计和分析

摘要

轴向磁场磁通切换型永磁电机(AxialFieldFlux-SwitchingPermanentMagnetmachine，简称AFFSPM电机)是一种新型结构的轴向磁场定子永磁式电机。AFFSPM电机的电枢绕组和永磁体均置于定子，转子结构简单，轴向磁场结构使得电机的轴向尺寸很短。独特的双凸极结构，使AFFSPM电机的气隙磁密比传统永磁电机要高很多，电机的功率密度和转矩密度高：另一方面，电机绕组的一致性和互补性，使得电机的磁链、感应电势以及电感特性等波形的正弦度高。这些优点使AFFSPM电机非常适合作为电动汽车驱动用轮毂式电机。本文以一台三相定子12齿/转子10极AFFSPM电机为研究对象，对其静态特性进行分析和研究。论文的主要内容包括以下几个方面：
　　1.给出AFFSPM电机的三维拓扑结构图，并基于电机结构图对磁通切换原理和绕组一致性、互补性进行详细分析。
　　2.基于ANSYS的参数化设计语言，对AFFSPM电机进行三维有限元计算，研究电机的静态特性，包括磁场分布、永磁磁链、感应电势、电感特性和静态转矩等。
　　3.推导AFFSPM电机在定子ABC坐标系和转子dq0坐标系下的数学模型，分析AFFSPM电机的设计特点。按照论文中研究的三相定子12齿/转子10极AFFSPM电机的设计要求，计算出电机的结构参数。
　　4.建立AFFSPM电机的等效磁路模型，推算电机各部分磁导，得到并求解AFFSPM电机的节点磁势方程组，计算出AFFSPM电机的静态特性，并与有限元计算结果进行对比分析。