磁齿轮复合电机内转子涡流损耗分析与设计

摘要

目前，为满足新能源领域对低速大转矩电机的要求，一些学者将磁齿轮与永磁电机相结合提出一种新型“伪”直驱复合式电机。该复合式电机采用共轴式结构，通过调磁环来调制内转子永磁体产生的磁场，与外转子永磁体产生的磁场相互耦合，从而将内置式永磁电机转矩放大。为获得高转矩密度，磁齿轮复合式电机采用大量稀土永磁体，高速运行状态下永磁体中的涡流损耗较大，易使永磁体因电机内部温度过高发生不可逆退磁。因此，为提高磁齿轮复合式电机的可靠性，避免永磁体高温退磁，对复合式电机的永磁体损耗特性以及如何有效降低涡流损耗的研究具有重要的实际价值。
　　本文对复合式电机的调制原理进行论述与验证，分析了复合式电机的转矩和涡流损耗特性，研究并总结产生恒定转矩和涡流损耗的空间谐波组成成分，并提出一种新型串联spoke内转子复合式电机结构。该新型结构考虑永磁体涡流损耗以及磁齿轮电机转矩与内置永磁电机转矩的平衡问题，使得新型串联spoke结构电机与传统表贴式电机相比具有输出转矩几乎不变、涡流损耗降低明显的优势。
　　本文基于以上问题开展以下几个方面的研究：
　　1.采用解析法对磁齿轮复合电机的调制原理进行分析与论述，并通过二维有限元仿真对复合式电机的调制原理进行验证。
　　2.对磁齿轮复合式电机的调制作用原理分析，总结出产生转矩、涡流损耗的谐波成分。对内外转子永磁体涡流损耗进行计算与对比，证明涡流损耗主要集中在内转子永磁体上，为下文通过改变内转子永磁体结构减小涡流损耗、提高电机效率提供理论依据。
　　3.从内转子磁路耦合与非耦合结构以及不同调制比两个角度出发，分别分析内转子永磁体磁路耦合与非耦合以及不同调制比对磁齿轮复合式电机转矩和涡流损耗特性的影响。基于以上两个角度电机特性的分析，进一步验证内转子永磁体结构对电机转矩和涡流损耗特性的影响。
　　4.基于磁齿轮复合电机稀土材料用量一定的条件，创新性的提出内转子永磁体串联spoke结构，并用有限元分析软件 Ansoft对所提出结构进行了二维仿真验证，且与已存在的表贴式结构样机进行对比验证，证明新型串联spoke结构在降低永磁体涡流损耗方面的优势。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 磁齿轮复合电机研究现状

1.3 磁齿轮复合电机转矩性能与涡流损耗的研究概况

1.4 本文主要研究内容

第二章 磁齿轮复合电机基本结构及原理

2.1 引言

2.2 磁齿轮复合电机的结构及磁场调制原理

2.3 磁场调制原理分析

2.4 本章小结

第三章 内转子磁路耦合与非耦合磁齿轮复合电机的特性

3.1 引言

3.2 耦合与非耦合及不同调制比电机的转矩性能分析

3.3 耦合与非耦合磁路电机涡流损耗性能分析

3.4 转矩性能与损耗综合性比较

3.5 本章小结

第四章 基于减小涡流损耗的内转子设计

4.1 引言

4.2 内置式电机与磁齿轮电机的转矩平衡

4.3 结构参数优化

4.4 电机性能有限元验证

4.5 本章小结

第五章 磁齿轮复合电机半闭环自启动控制

5.1 引言

5.2 实验平台及样机测试

5.3 电机启动控制

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文与科研成果