新型轴向磁场磁通切换型永磁同步风力发电机设计

摘要

磁通切换永磁（FSPM）电机以简单的转子结构和优良的性能引起国内外学者的广泛关注。论文在FSPM电机的基础上，提出了一种新型轴向磁场磁通切换型永磁（AFFSPM）风力发电机。AFFSPM电机是一种定子永磁型双凸极电机，它综合了传统盘式永磁（AFPM）电机和FSPM电机的优点，轴向尺寸短，转子结构简单、磁链呈双极性，效率和功率密度高，在变速恒频风力发电领域具有广阔的应用前景。本文以双定子单转子结构的三相12/10极AFFSPM电机为研究对象，对该电机的电磁特性、设计方法等进行较为深入的研究。 论文的主要研究工作包括以下几个方面： 1.提出了一种新型轴向磁场磁通切换型永磁（AFFSPM）电机。论文详细分析AFFSPM电机的结构特点和工作原理，在解释“磁通切换”原理的基础上，揭示AFFSPM电机永磁磁链的双极性特性。 2.分析AFFSPM电机绕组具有一致性和互补性的特点，从理论上解释该电机永磁磁链和感应电势高度正弦的本质原因。 3.建立基于ANSYS的AFFSPM电机三维磁场有限元模型，分析计算AFFSPM电机的电磁特性，包括永磁磁场和电枢反应磁场、永磁磁链、空载感应电动势、绕组电感和齿槽转矩等。 4.推导AFFSPM电机的功率尺寸方程，提出AFFSPM电机的通用设计方法。以一台三相12/10极AFFSPM发电机为设计算例，研究主要尺寸参数变化对电机性能的影响，以减小齿槽转矩为目标，对电机进行优化，给出主要尺寸的设计参考值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 国外风电发展现状

1.1.2 国内风电发展现状

1.2 风力发电技术概述

1.2.1 恒速恒频风力发电系统

1.2.2 变速恒频风力发电系统

1.3 永磁同步风力发电机

1.4 磁通切换型永磁电机的国内外研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5 本课题研究内容和论文结构

1.5.1 本课题研究内容

1.5.2 论文结构

第2章 AFFSPM电机基本结构和工作原理

2.1 引言

2.2 基本结构分析

2.3 磁通切换原理

2.4 绕组一致性

2.5 绕组互补性

2.6 发电机运行原理

2.7 电动机运行原理

2.8 本章小结

第3章 12/10极AFFSPM电机有限元分析

3.1 引言

3.2 三维静态磁场的分析方法

3.3 基于ANSYS的有限元参数化建模

3.4 三相AFFSPM电机有限元模型

3.4.1 AFFSPM电机的三维有限元模型

3.5 AFFSPM电机有限元分析静态特性

3.5.1 永磁磁场

3.5.2 电枢反应磁场

3.5.3 永磁磁链

3.5.4. 感应电动势

3.5.5 电感

3.5.6 齿槽转矩

3.6 本章小结

第4章 AFFSPM发电机的设计与优化

4.1 引言

4.2 AFFSPM电机的功率方程

4.3 AFFSPM电机的设计

4.3.1 定子齿数转子极数和相数

4.3.2 定转子铁芯内外径和厚度

4.3.3 “U”型铁芯、永磁体和槽的尺寸

4.3.4 转子齿尺寸

4.3.5 绕组匝数

4.3.6 小结

4.4 AFFSPM电机的优化

4.4.1 引言

4.4.2 转子齿宽

4.4.3 转子齿形

4.4.4 定子齿宽

4.4.5 永磁体磁化厚度

4.4.6 定子厚度

4.4.7 优化结果

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

附录 永磁磁链

参考文献

攻硕期间完成的论文和申请的专利

致 谢