机械调磁式轴向永磁同步电机设计与电磁特性分析

摘要

为解决永磁电机内部磁场调节困难的问题，本文提出一种使用附加机械装置实现电机内部磁场调节的机械调磁式轴向永磁同步电机。该电机将轴向永磁同步电机与机械装置巧妙的结合，利用电机旋转时的离心力实现电机主磁场随电机转速实时调节，且无额外励磁损耗。本文深入研究电机工作原理及调磁机理，并利用虚拟样机技术及有限元分析软件对电机进行机械动力学和电磁场仿真分析。研究工作与取得成果为变磁通永磁电机的发展提供了新的研究思路。
　　本文主要研究工作及取得的成果如下：
　　（1）电机结构及工作原理分析。分析了电机本体结构特征，结合不同转速下机械同步调磁装置运行情况深入研究了电机工作原理和调磁机理；通过理论推导获得了电机空载反电势随错开角度变化的方程。
　　（2）电机电磁设计。推导了电机的电磁功率方程以及主要尺寸方程；结合电机结构特点，给出了电机内部磁场的等效磁路图，计算了电机各项电磁参数方程；选定了电机定转子及永磁体的材料，设计了电枢绕组，初步确定了电机设计方案。
　　（3）调磁系统动力学仿真。建立了电机三维几何模型，根据电机各部件运动规律添加运动副，利用ADAMS软件对电机本体及机械同步调磁装置进行了动力学仿真研究；分析对比了不同转速下弹簧形变量与电机两转子盘错开角度的变化规律；通过改变电机转速研究了两转子盘相对位置的变化情况，获得了不同转速下机械同步调磁装置的角度调节能力。
　　（4）电磁场有限元分析。利用电磁场分析软件 Ansoft建立了电机三维有限元结构模型，通过有限元计算获得了电机运行于不同工作区时的主要电磁特性，并对电机的齿槽转矩进行了优化分析；深入分析了电机绕组磁链和感应电动势随电机两转子盘错开角度的变化规律，验证了通过错开转子盘实现电机的磁场调节的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 永磁同步电机研究现状

1.3 变磁通电机研究现状

1.4 课题研究内容和章节安排

第二章 电机结构及工作原理

2.1 电机结构

2.2 工作原理

2.3 本章小结

第三章 机械调磁式轴向永磁同步电机设计

3.1 电磁设计方法

3.2 电磁设计

3.3 结构设计

3.4本章小结

第四章 调磁系统动力学仿真

4.1 机械动力学仿真基础理论

4.2 机械动力学仿真模型建立

4.3 仿真计算与结果分析

4.4 本章小结

第五章 电磁场有限元分析

5.1 电磁场的基本理论

5.2 电机有限元模型

5.3 仿真结果与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 课题总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果