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盤式無鐵心永磁同步電機磁場分析及磁鋼結構優化

資 源 簡 介

盤式永磁同步電動機是一種性能優越、但結構特殊的電動機。作為一種理想的驅動裝置,其應用范圍遍及航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力,提出了一種省卻了鐵心的雙轉子、單定子結構盤式無鐵心永磁同步電機,進一步減輕了電機的質量并消除轉矩脈動。 對電機的設計、性能預測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統的圓柱式徑向磁通電機,盤式無鐵心電機是軸向磁通電機,外加其無鐵心的結構,決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析,不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內容分為兩部分:(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結構上,建立其磁場三維模型,由三維有限元法計算三維電磁場,分析計算結果,并總結出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規律。 (2)在磁場計算的基礎上,將Halbach型永磁體陣列的理論應用到磁鋼設計中來,提出磁鋼結構優化方案,研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結構,以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手,通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場,分析計算結果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布,本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結構、不等厚軸向充磁磁鋼結構并將Halbach陣列的理論應用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結構優化中,討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝,將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結合,提出了最經濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列,給出具體磁鋼尺寸,并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結構產生的磁場進行結果仿真。

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