新型机械变磁通轴向磁场永磁同步电机多物理场联合仿真与试验研究

摘要

机械变磁通轴向磁场永磁同步电机(MVFAFPMSM)为一类利用附加的机械调磁装置实现气隙磁场调节的新型电机。本文以MVFAFPMSM电机为研究对象，在掌握电机结构特征和运行机理的基础上，采用计算机辅助分析软件对电机进行了机械动力学、电磁场、温度场三者的联合仿真分析，并展开了样机试验验证。所取得研究成果具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
　　本文主要研究工作及成果如下：
　　1.电机结构与工作机理分析。系统分析了电机的结构特点、绕组分布规律和等效磁路模型；根据机械动力学基本理论和电磁感应定律，剖析电机的工作原理和机械调磁机理。
　　2.机械动力学仿真和弱磁能力研究。基于ADAMS虚拟样机技术，分析了机械调磁装置中凸轮角加速度和弹簧形变情况，并获取了转子间错开角度的变化规律；采用有限元方法，计算了电机在不同错开角度下的磁场分布、绕组磁链和感应电动势，获得了电机的弱磁能力，验证了机械弱磁理论的正确性。
　　3.磁热耦合仿真。采用Ansoft Maxwell软件，建立电机的三维有限元模型，计算了电机在不同转速和负载状态下的电枢绕组铜损、铁心损耗和永磁体涡流损耗；借助ANSYS Workbench平台，以损耗为热源，建立了电机三维磁热耦合仿真模型，深入分析了电机温度场分布规律。
　　4.样机制作与试验研究。确定电机基本参数，绘制加工图纸，制作了一台试验样机；搭建了样机测试平台，测试了感应电动势及调磁特性等基本性能，验证了电机设计和仿真分析的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容和章节安排

第二章 MVFAFPMSM电机结构与工作原理

2.1 盘式永磁同步电机基本理论

2.2 电机结构

2.3 电机工作机理

2.4 本章小结

第三章 MVFAFPMSM电机动力学仿真与弱磁能力研究

3.1 机械多刚体系统动力学基本理论

3.2 电机虚拟样机模型建立

3.3 动力学仿真与分析

3.4 电机调磁能力的分析研究

3.5 本章小结

第四章 MVFAFPMSM电机磁热耦合仿真研究

4.1 多物理场耦合分析

4.2 电机求解模型

4.3 电机损耗计算分析

4.4 三维温度场计算分析

4.5 本章小结

第五章 样机制作与试验研究

5.1 样机参数与工程图

5.2 样机与测试平台

5.3 样机性能测试结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 课题总结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果