新型磁极结构的永磁无刷电机解析法建模与磁场分析

摘要

随着我国“十三五”规划的实施，高效、节能、经济、持续等一直是能源发展方向，而永磁无刷电机具有结构简单、体积小、功率密度高、维护率低等优点，在舰船、航空、家电、医疗、公共生活等领域应用非常广泛。因此，研究永磁无刷电机的结构和电磁特性具有重要理论意义和工程价值。
　　磁极结构和磁化方向的改变会直接影响永磁电机气隙磁密的分布。首先构建了不等厚磁极永磁电机模型，采用永磁分段建模的解析法求得无槽永磁电机的气隙磁密表达式，进一步引入相对磁导函数求得理想矩形槽永磁电机的其它电磁特性参数。其次改变磁极结构以及磁化方向，通过叠加法分析了新型两段式Halbach磁极阵列以及新型组合双层Halbach磁极阵列永磁电机的电磁特性，并且通过改变双层结构磁极上下层的厚度比、上下层中间磁极极弧系数以及边磁磁化角度等变量来优化电机的性能。此外，通过解析法计算了无槽永磁电机的空载感应电动势和电磁转矩。最后通过有限元法验证了该解析建模方法的正确性。
　　在此基础上，定子槽形的变化对电机的性能也具有一定影响，本文引入改进卡特系数，分析了具有等厚齿尖平行齿结构的新型两段式Halbach磁极阵列以及新型组合双层Halbach磁极阵列永磁电机的气隙磁密、空载感应电动势和电磁转矩，然后通过与有限元法得出的结果进行比较，验证了解析求解的正确性。
　　本文提供的分析方法和结论对永磁无刷电机的优化设计具有参考价值。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 永磁电机的国内外研究概况

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 永磁电机的结构原理以及磁场分析方法

1．3．2 不等厚磁极永磁电机解析法建模与分析

1．3．3 新型两段式Halbach磁极阵列永磁电机解析法建模与分析

1．3．4 新型组合双层Halbach磁极阵列永磁电机解析法建模与分析

第二章 永磁电机的结构原理以及磁场分析方法

2．1 永磁电机的结构

2．1．1 永磁材料及性能参数

2．1．2 定子

2．1．3 绕组

2．2 永磁电机的工作原理

2．3 永磁电机磁场分析方法

2．4 本章小结

第三章 不等厚磁极永磁电机解析法建模与分析

3．1 不等厚磁极永磁电机的解析法建模

3．1．1 不等厚磁极永磁电机结构

3．1．2 模型求解分析假设

3．1．3 无槽不等厚磁极结构的解析模型

3．1．4 有槽结构的解析模型

3．2 不等厚磁极永磁电机的电磁性能

3．2．1 无槽永磁电机的气隙磁密

3．2．2 有槽不等厚磁极永磁电机的电磁性能

3．3 偏心磁极永磁电机的电磁性能

3．4 本章小结

第四章 新型两段式Halbach磁极阵列永磁电机解析法建模与分析

4．1 两段式Halbach磁极阵列结构模型

4．2 气隙磁密的解析求解

4．3 有无转子铁芯时气隙磁密基波幅值比较

4．4 等厚齿尖平行齿结构的气隙磁密分析

4．5 感应电动势和电磁转矩的求解

4．6 解析法与有限元法结果比较

4．7 本章小结

第五章 新型组合双层Halbach磁极永磁电机解析法建模与分析

5．1 组合磁极结构与磁化强度求解

5．1．1 组合磁极结构

5．1．2 磁化强度解析求解

5．2 组合双层Halbach磁极磁场分析

5．2．1 上层磁极的磁场分析

5．2．2 下层磁极的磁场分析

5．3 等厚齿尖平行齿结构气隙磁密、感应电动势以及电磁转矩求解

5．4 解析法计算结果及有限元验证

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况