新型横向磁场永磁电机设计与研究

摘要

作为一种逆变器供电的新颖电动机结构形式，横向磁场永磁电动机(TFPM)具有运行转速低、输出力矩大、可靠性高和过载能力强等显著优点，在电气直接驱动领域得到了日益广泛的重视；然而其结构复杂、制造难度大、生产成本高和设计分析手段匮乏等一直是制约其发展的关键问题。本文提出了一种新型拓扑结构的横向磁场永磁电动机，并籍此对横向磁场永磁电动机进行了深入系统的研究分析，取得了下列卓有成效的成果： 第一，在充分分析和掌握国内外横向磁场永磁电动机的发展现状和现有各种类形拓扑结构的基础上，提出了一种不同于现有定子结构形式的新型横向磁场永磁电动机的拓扑结构形式。这种新型横向磁场永磁电动机的定子采用了具有装配定位功能的槽形口的公共联结铁心，从而内外定子磁极铁心可以积木式地直接插入公共联结铁心的槽形口中，大大简化了制造工艺，降低了生产成本，显著提高了定子部件的装配定位精度和电动机生产的标准化程度，具有较高的创新性和实用性。 第二，针对横向磁场永磁电动机磁场结构的复杂性，以及由电枢电流产生的定子磁场和由永磁体产生的转子磁场各自处在相互垂直平面内的特点，深入研究了三维磁网络法的基础理论，以及三维磁网络法在永磁体和载流线圈的内部磁场计算中的具体应用，进而利用三维磁网络法计算了横向磁场永磁电动机的主要参数和工作特性。因此，本课题的研究有力地促进了科学研究与工程实用计算之间的有机紧密的结合。 第三，根据两相横向磁场永磁电动机结构特点和运行特性，设计制作了相应的驱动系统，详尽地分析了两相横向磁场永磁电动机在单极性导通模式下运行的工作特性。 第四，建立了横向磁场永磁电动机的数学模型，在MatLab/SimuLink软件平台上开发了横向磁场永磁电动机的通用模块化数字仿真模型。在此基础上，完成了本课题试验样机及其控制系统的动态仿真，优化了控制策略，分析了不同模式下运行的横向磁场永磁电动机的工作特性。同时，本课题把自主开发的通用模块化数字仿真模型与3DFEM结合起来，创建了比较完善的横向磁场永磁电动机软件开发平台，为进一步研究横向磁场永磁电动机及其控制系统创造了良好的科研手段。 最后，对试制样机进行了实验研究。测试结果与设计计算相符合，验证了设计计算的正确性。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

第二章新型具有公共联结铁心的积木式横向磁场永磁电机结构设计

第三章横向磁场永磁电机的三维场分析与特性计算

第四章横向磁场永磁电机控制系统设计

第五章横向磁场永磁电机的数学模型及系统仿真

第六章新型横向磁场永磁电机样机及其试验研究

第七章结论

参考文献

作者在攻读博士学位期间完成的主要工作及参加并完成的项目

致谢