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雙轉子環形繞組游標電機系統研究

發布時間:2020-12-15 12:19
  相比于傳統永磁同步電動機,基于磁場調制原理的游標電機轉矩密度高,可實現低速大轉矩輸出,在電動汽車和新能源發電等領域有著廣闊的應用前景。本文以定轉子雙邊永磁體結構游標電機為研究對象,針對單轉子和雙轉子結構,從拓撲結構、工作機理、磁場分析、性能計算等方面進行了深入研究,具體研究內容包括:首先,基于磁場調制原理,推導了轉子永磁、定子永磁和定轉子雙邊永磁游標電機的氣隙磁密解析表達式,得到氣隙中各諧波極對數、轉速和轉向的關系,發現采用定轉子雙邊永磁體時,極對數為|Pr±Qs|的旋轉磁場幅值增大,可顯著增加繞組電動勢和電磁轉矩。推導了基波電動勢計算公式,計算了氣隙磁場中主要旋轉諧波產生的基波電動勢。研究了轉子槽數對電動勢基波幅值的影響,對比了不同永磁體極對數Pr時轉子永磁游標電機和定子永磁游標電機的電動勢大小。研究了轉子槽數對電動勢諧波含量的影響,發現當Pr為4的倍數時,電動勢中存在的偶數次諧波,波形諧波畸變率大,正弦性差。其次,提出了雙轉子環形繞組游標電機(Dual-Rotor Toroidal-Winding Vernier Machin,簡稱DTVM)拓撲結構。該電機采用低成本鐵氧體永磁,通... 

【文章來源】:山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】:87 頁

【學位級別】:碩士

【圖文】:

雙轉子環形繞組游標電機系統研究


圖1-1機械齒輪與磁齒輪示意圖??

齒輪,磁力,磁場,電機


?山東大學碩士學位論文???磁場調制理論的出現不僅改善了磁齒輪的性能,而且為電機的發展提供了一??個全新的思路,促進了磁齒輪復合電機、游標電機等多種新型電機的誕生[16]。??尚速轉子?':、,?二::_:i-,??圖1-2同心磁場調制磁力齒輪??1.2.2磁齒輪復合電機??磁齒輪永磁復合電機是指將磁性齒輪和傳統永磁同步電機結合在一起的一??種電機[17]。2007年,K.T.?Chau教授首先提出了磁齒輪復合電機,其結構如圖??1-3所示該電機將直流電機外轉子與調磁環相連,由四部分組成,共有三??層氣隙,由內而外分別為電機定子、電機外轉子和磁齒輪內轉子、調磁環、磁齒??輪外轉子。電機工作時,定子繞組通電使電機外轉子和磁齒輪內轉子旋轉,通過??調磁環使磁齒輪外轉子實現低速大轉矩輸出。??文獻[21]將磁齒輪復合電機氣隙減少為兩層,它用交流繞組代替內轉子永磁??體,繞組中通入三相交流電產生旋轉磁場,減去了內轉子與調磁環之間的氣隙。??文獻[22]將磁齒輪復合電機氣隙減少至一層,該電機用定子齒代替調磁環,簡化??了電機的機械結構,定子齒與外轉子齒對氣隙中的磁場進行調制。??文獻[23]提出如圖1-4所示的磁齒輪永磁電機,結構上為磁場輪與外轉子永??磁電機相結合。繞組按照4對極設計,利用氣隙中調制出的4對極磁場,在磁場??調制作用下,同步磁場的轉速為750r/min,轉子轉速為130r/min,實現了低速大??轉矩輸出,且有較好的調速性能。??相比于傳統永磁電機,磁齒輪永磁復合電機的轉矩密度大大提高,但磁齒輪??永磁復合電機結構復雜,往往有多層氣隙,電機冷卻困難,生產加工難度大,限??制了其發展應用。?

電機,氣隙,齒輪,游標


?山東大學碩士學位論文???圖1-3三層氣隙磁齒輪復合電機?圖1-4磁齒輪永磁無刷直驅電機??1.2.3游標電機??在磁齒輪結構的基礎上,永磁游標電機的研究發展迅速,近年來國內外學者??提出了許多新結構的永磁游標電機[24,25]。永磁游標電機定子繞組可按照電機高速??諧波磁場的極對數進行設計簡化了電機結構,使定子槽數大大減少,繞組繞??制簡單,電機整體體積降低,且轉矩密度提升較大。??1963年美國工程師C.H.?Lee在文獻[27]中提出了一種磁阻電機,其結構如??圖1-5所示。該電機的定子與轉子齒距不相等,轉子移動很小的位置,就導致氣??隙磁導變化很大,類似于游標卡尺的上下刻度,所以將其命名為“游標電機”,這??是游標電機第一次被提出。之后英國Mukherji教授對此游標磁阻電機進行了詳??細的分析和計算,得到該電機的輸出轉矩―。??日本A.?Ishizaki教授在文獻[29]中提出一種定轉子上均含有磁鋼的永磁游標??電機,其結構如圖1-6所示,對其工作原理和電機優化進行了研究,并通過有限??元和樣機試驗進行了驗證,結果表明,該電機轉矩密度、功率因數和效率比之前??游標磁阻電機更優。??文獻[30]中提出了一種表貼式永磁游標電機,如圖1-7所示。該電機滿足磁??場調制原理,通過解析法和有限元法,驗證了該電機轉矩密度要高于普通永磁電??機。文獻[31]中提出了一種雙定子永磁游標電機,通過氣隙磁導函數分析了氣隙??中的磁場調制原理,并進行了樣機試驗,結果顯示該電機轉矩密度較大,是傳統??永磁同步電機的兩倍。??4??

【參考文獻】:
期刊論文
[1]永磁游標電機的研究現狀與最新進展[J]. 林鶴云,張洋,陽輝,房淑華,黃允凱.  中國電機工程學報. 2016(18)
[2]新型外轉子低速直驅永磁游標電機的損耗[J]. 朱灑,程明,李祥林,李順.  電工技術學報. 2015(02)
[3]聚磁式場調制永磁風力發電機工作原理與靜態特性[J]. 李祥林,程明,鄒國棠,李順.  電工技術學報. 2014(11)
[4]聚磁式場調制永磁風力發電機輸出特性改善的研究[J]. 李祥林,程明,鄒國棠.  中國電機工程學報. 2015(16)
[5]電動汽車用定子永磁型磁通記憶式游標電機性能分析[J]. 葛葉明,朱孝勇,陳龍.  電機與控制應用. 2014(04)
[6]基于精確子域模型的游標永磁電機解析磁場計算[J]. 郭思源,周理兵,曲榮海,凌在汛.  中國電機工程學報. 2013(30)

博士論文
[1]中國新能源發展研究[D]. 張海龍.吉林大學 2014
[2]新能源發電特性與經濟性分析研究[D]. 藍瀾.華北電力大學 2014

碩士論文
[1]游標混合永磁電機性能計算與設計[D]. 劉國鵬.山東大學 2018



本文編號:2918252

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