盤式無鐵心永磁同步電機(jī)為無鐵心軸向磁場(AFPM)電機(jī),具有高功率密度、效率很高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊,大幅度減低電機(jī)質(zhì)量,低速下運(yùn)行平穩(wěn)等技術(shù)優(yōu)勢。電機(jī)轉(zhuǎn)子采用Halbach陣列永磁體結(jié)構(gòu),獲得的氣隙磁場的正弦分布特性好。無鐵心電樞繞組的設(shè)計(jì)與制造是無鐵心AFPM電機(jī)研究的關(guān)鍵部分。目前無鐵心電樞繞組大多采用環(huán)氧樹脂澆注而成的線繞型繞組。線繞型繞組的加工工藝尚未成熟,線圈的安放、定位困難,形狀和尺寸難以達(dá)到要求。將印刷電路板(PCB)成熟的加工工藝應(yīng)用于無鐵心繞組制造中,PCB結(jié)構(gòu)扁平,在結(jié)構(gòu)上非常適合軸向磁路結(jié)構(gòu)的無鐵心AFPM電機(jī)。本文在無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組設(shè)計(jì),電磁場解析模型、三維有限元仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入研究。本文分析了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電機(jī)采用雙轉(zhuǎn)子單定子的雙氣隙對稱結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上磁鋼采用Halbach陣列結(jié)構(gòu)。無鐵心繞組為多層PCB繞組,固定在電機(jī)機(jī)殼上,提高了繞組加工的工藝性和電機(jī)的散熱能力。利用等效疊加的方法對無鐵心AFPM電機(jī)的電磁場進(jìn)行解析分析,取平均半徑處的磁路作為主磁路,將無鐵心AFPM電機(jī)等效為二維直線電機(jī)模型,解析法分析結(jié)果和三維有限元法基本一致。本文研究了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組的設(shè)計(jì),PCB繞組采用非重疊集中繞組,線圈形狀綜合梯形和圓形線圈的優(yōu)點(diǎn)。推導(dǎo)了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的空載反電動勢的解析計(jì)算表達(dá)式,為電機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了參考。對無鐵心AFPM樣機(jī)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),給出了電機(jī)的主要尺寸、定子繞組參數(shù)及轉(zhuǎn)子磁鋼尺寸參數(shù)的確定方法,運(yùn)行三維有限元法對樣機(jī)的性能進(jìn)行分析。最后,提出了基于新型Halbach陣列的無鐵心AFPM電機(jī),永磁體的截面為凸字型,充磁方式與90°Halbach陣列相同。利用田口算法的優(yōu)化電機(jī)的參數(shù),獲得了比90°Halbach陣列更正弦分布的氣隙磁場。對基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組的線圈形狀進(jìn)行優(yōu)化,分析了線圈沿徑向長度、有效邊傾斜和線圈的中心等參數(shù)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和銅耗的影響,提高了電機(jī)的效率和額定轉(zhuǎn)矩,得到最優(yōu)的PCB線圈形狀。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM341
文章目錄
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 課題研究的來源和意義
1.2 盤式永磁同步電機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 課題的主要研究工作
第二章 基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電磁場解析
2.1 盤式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)
2.2 基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.3 基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)電磁場解析分析
第三章 PCB繞組設(shè)計(jì)和樣機(jī)參數(shù)確定
3.1 PCB繞組
3.1.1 波繞組
3.1.2 非重疊集中繞組
3.2 PCB繞組的空載反電動勢解析分析
3.3 基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)主要參數(shù)確定
3.3.1 極槽組合
3.3.2 轉(zhuǎn)子參數(shù)確定
3.3.3 PCB繞組參數(shù)確定
第四章 基于PCB技術(shù)盤式無鐵心永磁同步電機(jī)有限元分析
4.1 樣機(jī)主要參數(shù)
4.2 有限元法理論基礎(chǔ)
4.2.1 麥克斯韋方程
4.2.2 邊界條件
4.3 電機(jī)性能分析
4.3.1 空載電磁場
4.3.2 空載反電動勢
4.3.3 電動機(jī)模式時轉(zhuǎn)矩特性
4.3.4 發(fā)電機(jī)模式時負(fù)載特性
第五章 基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)優(yōu)化
5.1 基于Taguchi的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)磁鋼優(yōu)化
5.1.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
5.1.2 結(jié)果分析
5.1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)
5.2 基于有限元法的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的PCB繞組優(yōu)化設(shè)計(jì)
5.2.1 線圈沿徑向長度
5.2.2 有效邊傾斜
5.2.3 線圈幾何中心
第六章 總結(jié)和展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文及參加科研情況說明
致謝
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號：
2304924
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