盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電機(jī)為無(wú)鐵心軸向磁場(chǎng)(AFPM)電機(jī),具有高功率密度、效率很高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shì)。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(chǎng)的正弦分布特性好。無(wú)鐵心電樞繞組的設(shè)計(jì)與制造是無(wú)鐵心AFPM電機(jī)研究的關(guān)鍵部分。目前無(wú)鐵心電樞繞組大多采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注而成的線(xiàn)繞型繞組。線(xiàn)繞型繞組的加工工藝尚未成熟,線(xiàn)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(wú)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(wú)鐵心AFPM電機(jī)。本文在無(wú)鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組設(shè)計(jì),電磁場(chǎng)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(wú)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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上磁鋼采用Halbach陣列結(jié)構(gòu)。無(wú)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(duì)無(wú)鐵心AFPM電機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行解析分析,取平均半徑處的磁路作為主磁路,將無(wú)鐵心AFPM電機(jī)等效為二維直線(xiàn)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(wú)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(xiàn)圈形狀綜合梯形和圓形線(xiàn)圈的優(yōu)點(diǎn)。推導(dǎo)了基于PCB技術(shù)的無(wú)鐵心AFPM電機(jī)的空載反電動(dòng)勢(shì)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(duì)無(wú)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(duì)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(wú)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(chǎng)。對(duì)基于PCB技術(shù)的無(wú)鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組的線(xiàn)圈形狀進(jìn)行優(yōu)化,分析了線(xiàn)圈沿徑向長(zhǎng)度、有效邊傾斜和線(xiàn)圈的中心等參數(shù)對(duì)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(xiàn)圈形狀。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM341

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2304924