開發(fā)和研制無(wú)鐵心永磁電機(jī)是當(dāng)前電機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，無(wú)鐵心永磁電機(jī)可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機(jī)存在的重量重、損耗高、振動(dòng)噪聲大等問(wèn)題。開發(fā)無(wú)鐵心永磁電機(jī)需要準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的參數(shù)和性能，而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場(chǎng)分布。無(wú)鐵心永磁電機(jī)氣隙外沒(méi)有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了無(wú)鐵心永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)屬于三維開域磁場(chǎng)，開域磁場(chǎng)工程問(wèn)題的計(jì)算是近年來(lái)計(jì)算電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 本文的研究?jī)?nèi)容是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃項(xiàng)目“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)無(wú)鐵心永磁電機(jī)的實(shí)際工程問(wèn)題，計(jì)算方法的選擇力求既能保證一定的計(jì)算精度，又能節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間。根據(jù)對(duì)各種開域電磁場(chǎng)計(jì)算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)計(jì)算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，結(jié)合無(wú)鐵心永磁電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截?cái)噙吔绾蛨A柱形截?cái)噙吔缟虾?jiǎn)便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡(jiǎn)單、有限元實(shí)施容易的特點(diǎn)。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開域靜磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實(shí)施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過(guò)對(duì)具有解析解的長(zhǎng)方永磁體三維開域磁場(chǎng)的實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截?cái)喾ㄔ谟?jì)算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截?cái)噙吔鐥l件相比，計(jì)算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截?cái)喾ㄏ啾龋瑵u近邊界條件法更節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間，比較好地處理了計(jì)算量與計(jì)算精度之間的矛盾。 第二部分針對(duì)Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開域磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計(jì)算了在定轉(zhuǎn)子均無(wú)鐵心的情況下電機(jī)內(nèi)部及周圍磁場(chǎng)的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無(wú)鐵心永磁電機(jī)磁場(chǎng)的空間分布規(guī)律。 第三部分針對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機(jī)磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)大量的計(jì)算，探討了Halbach陣列永磁電機(jī)在轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長(zhǎng)度對(duì)端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無(wú)鐵心永磁電機(jī)漏磁系數(shù)、電樞計(jì)算長(zhǎng)度等主要設(shè)計(jì)參數(shù)隨電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對(duì)具有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無(wú)鐵心永磁電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，從而驗(yàn)證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場(chǎng)問(wèn)題的有效性和實(shí)用性。

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