基于Halbach阵列新型永磁盘式无铁心电机的设计与研究

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盘式无铁心永磁同步电机因其轴向尺寸短、重量轻、结构紧凑、转动惯量小、机电常数小等优点，可以制成多气隙组合式结构，并被广泛应用于电动汽车、机器人、机械手臂、家用电器等要求薄型安装的场合。盘式无铁心永磁电机定转子排列位置有多种组合方式，本文对双外转子中间定子结构盘式电机的电磁场进行深入研究。
　　首先本论文为了有效利用电机径向长度上的空间，提出了基于Halbach阵列的楔形气隙结构，并设计了一台功率为250W的盘式无铁心同步电机，给出了电机转子磁极、计算极弧系数以及导体占空比的计算方法，并将盘式电机沿周向展开得到其二维结构模型，利用有限元方法计算了电机的二维磁场。
　　其次针对盘式电机三维开域磁场的空气域问题进行分析，研究了空气域大小对电机周向气隙磁密的影响，并以合适的空气域尺寸建模，同时研究气隙磁密的径向分布情况。接着从Halbach阵列永磁体的充磁方向、永磁体厚度、永磁体宽度三个方面对电机转子进行了结构优化，并提出了不等厚和不等宽结构永磁体转子，通过对比分析这些结构的周向气隙磁密波形的正弦性、气隙磁密的谐波含量以及空载反电势畸变率来判断各结构的优劣。然后基于各结构永磁体转子的特点提出了梯形永磁体结构盘式电机，并在保证永磁体用量相当的条件下与其他结构进行对比研究，得出了梯形结构盘式永磁电机的优势。
　　最后对梯形结构盘式永磁电机进行了电磁场分析，利用磁通法计算了其空载漏磁系数，分析该电机在额定负载下的电磁转矩特性。利用有限元法计算了空载和负载两种工况下的永磁体涡流损耗，并得出了影响涡流损耗大小的主要因素。同时计算了不同负载情况下的交直轴电感和轴向电磁力，并得出相关结论，为该类电机的进一步深入研究提供有益价值。

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作者
曲春梅;
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作者单位

哈尔滨理工大学;

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授予单位哈尔滨理工大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名谢颖;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类永磁电机;电机设计、制图;
关键词
盘式无铁心电机; Halbach阵列; 气隙磁密; 梯形永磁体; 交直轴电感;

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