定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗分析

摘要

定子无磁轭模块化轴向永磁同步电机（Yokeless and Segmented Amature Axial Flux Motor,YASA）是一种新型轴向永磁同步电机，其定子铁心损耗小，无绕组端部，槽满率高，因其具有结构紧凑、效率高、功率密度大等诸多优势而受到广大科研究人员的密切关注，适用范围广，是电动汽车、可再生能源、飞轮储能等相关领域的新宠。在电机设计中，永磁体（permanent magnet, PM）作为激磁磁源，直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中的高次空间谐波的存在，永磁体内产生的涡流损耗不容忽视，极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。较高的电机温升不但影响其安全使用寿命，还会破坏绝缘材料，对电机的正常可靠性运行产生影响。对于定子无磁轭模块化轴向永磁电机，极数较多，在转速一定的情况下，要求频率达到较高水平，从而会产生非常大的涡流损耗，因此要对电机进行特殊设计以降低损耗，减小由永磁体涡流损耗产生的温升。
　　本研究采用有限元法对定子无磁轭模块化轴向永磁电机进行电磁场分析。与传统的径向磁场电机不同，轴向磁场电机的气隙磁场方向与电机转轴平行，这使得电机磁场的计算与分析难以像径向磁场电机一样方便地转化为二维电磁场问题。论文简述了双转子、单定子轴向永磁电机的结构。用等效磁路的方法分析其磁场分布特点，计算主磁通的参数，详细分析涡流损耗的产生原因及影响因素，推导出永磁体涡流损耗等解析式。为了降低定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗，提出一种磁极表面开槽的方法，通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究，采用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽方式下的永磁体涡流损耗，对比带额定负载时气隙磁密，合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题研究现状

1.2课题的研究目的及意义

1.3 论文主要研究内容

第2章 定子无磁轭模块化轴向永磁电机结构及磁路分析

2.1 轴向永磁电机结构类型及主要特点

2.2 定子无磁轭模块化轴向永磁电机

第3章 定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗三维解析方法研究

3.1 永磁体表面涡流损耗产生原因及影响因素分析

3.2 定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗三维解析计算基础

3.3 绕组电枢反应在永磁体内产生的磁通密度

第4章 定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体内涡流损耗的有限元分析

4.1 轴向电机电磁场的三维有限元基本理论

4.2 涡流场的有限元基本理论

4.3 永磁体内涡流场的有限元分析

4.4 定子无磁轭模块化轴向永磁电机有限元仿真模型

4.4有限元仿真结果分析

第5章 降低永磁体涡流损耗的方法——永磁体表面开槽

5.1 永磁体表面开槽方式对涡流损耗的影响

5.2 永磁体表面开槽有限元仿真分析

第6章 总结与展望

参考文献

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