相比于傳統(tǒng)永磁同步電動(dòng)機(jī),基于磁場(chǎng)調(diào)制原理的游標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度高,可實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出,在電動(dòng)汽車(chē)和新能源發(fā)電等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以定轉(zhuǎn)子雙邊永磁體結(jié)構(gòu)游標(biāo)電機(jī)為研究對(duì)象,針對(duì)單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作機(jī)理、磁場(chǎng)分析、性能計(jì)算等方面進(jìn)行了深入研究,具體研究?jī)?nèi)容包括:首先,基于磁場(chǎng)調(diào)制原理,推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子永磁、定子永磁和定轉(zhuǎn)子雙邊永磁游標(biāo)電機(jī)的氣隙磁密解析表達(dá)式,得到氣隙中各諧波極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)采用定轉(zhuǎn)子雙邊永磁體時(shí),極對(duì)數(shù)為|Pr±Qs|的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)幅值增大,可顯著增加繞組電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。推導(dǎo)了基波電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式,計(jì)算了氣隙磁場(chǎng)中主要旋轉(zhuǎn)諧波產(chǎn)生的基波電動(dòng)勢(shì)。研究了轉(zhuǎn)子槽數(shù)對(duì)電動(dòng)勢(shì)基波幅值的影響,對(duì)比了不同永磁體極對(duì)數(shù)Pr時(shí)轉(zhuǎn)子永磁游標(biāo)電機(jī)和定子永磁游標(biāo)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)大小。研究了轉(zhuǎn)子槽數(shù)對(duì)電動(dòng)勢(shì)諧波含量的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pr為4的倍數(shù)時(shí),電動(dòng)勢(shì)中存在的偶數(shù)次諧波,波形諧波畸變率大,正弦性差。其次,提出了雙轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組游標(biāo)電機(jī)（Dual-Rotor Toroidal-Winding Vernier Machin,簡(jiǎn)稱(chēng)DTVM）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該電機(jī)采用低成本鐵氧體永磁,通... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

圖１－１機(jī)械齒輪與磁齒輪示意圖??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???磁場(chǎng)調(diào)制理論的出現(xiàn)不僅改善了磁齒輪的性能，而且為電機(jī)的發(fā)展提供了一??個(gè)全新的思路，促進(jìn)了磁齒輪復(fù)合電機(jī)、游標(biāo)電機(jī)等多種新型電機(jī)的誕生［１６］。??尚速轉(zhuǎn)子?＇：、，?二：：＿：ｉ－，??圖１－２同心磁場(chǎng)調(diào)制磁力齒輪??１．２．２磁齒輪復(fù)合電機(jī)??磁齒輪永磁復(fù)合電機(jī)是指將磁性齒輪和傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)結(jié)合在一起的一??種電機(jī)［１７］。２００７年，Ｋ．Ｔ．?Ｃｈａｕ教授首先提出了磁齒輪復(fù)合電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖??１－３所示該電機(jī)將直流電機(jī)外轉(zhuǎn)子與調(diào)磁環(huán)相連，由四部分組成，共有三??層氣隙，由內(nèi)而外分別為電機(jī)定子、電機(jī)外轉(zhuǎn)子和磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子、調(diào)磁環(huán)、磁齒??輪外轉(zhuǎn)子。電機(jī)工作時(shí)，定子繞組通電使電機(jī)外轉(zhuǎn)子和磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過(guò)??調(diào)磁環(huán)使磁齒輪外轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出。??文獻(xiàn)［２１］將磁齒輪復(fù)合電機(jī)氣隙減少為兩層，它用交流繞組代替內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁??體，繞組中通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，減去了內(nèi)轉(zhuǎn)子與調(diào)磁環(huán)之間的氣隙。??文獻(xiàn)［２２］將磁齒輪復(fù)合電機(jī)氣隙減少至一層，該電機(jī)用定子齒代替調(diào)磁環(huán)，簡(jiǎn)化??了電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，定子齒與外轉(zhuǎn)子齒對(duì)氣隙中的磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制。??文獻(xiàn)［２３］提出如圖１－４所示的磁齒輪永磁電機(jī)，結(jié)構(gòu)上為磁場(chǎng)輪與外轉(zhuǎn)子永??磁電機(jī)相結(jié)合。繞組按照４對(duì)極設(shè)計(jì)，利用氣隙中調(diào)制出的４對(duì)極磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)??調(diào)制作用下，同步磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為７５０ｒ／ｍｉｎ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為１３０ｒ／ｍｉｎ，實(shí)現(xiàn)了低速大??轉(zhuǎn)矩輸出，且有較好的調(diào)速性能。??相比于傳統(tǒng)永磁電機(jī)，磁齒輪永磁復(fù)合電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度大大提高，但磁齒輪??永磁復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往有多層氣隙，電機(jī)冷卻困難，生產(chǎn)加工難度大，限??制了其發(fā)展應(yīng)用。?

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???圖１－３三層氣隙磁齒輪復(fù)合電機(jī)?圖１－４磁齒輪永磁無(wú)刷直驅(qū)電機(jī)??１．２．３游標(biāo)電機(jī)??在磁齒輪結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，永磁游標(biāo)電機(jī)的研究發(fā)展迅速，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者??提出了許多新結(jié)構(gòu)的永磁游標(biāo)電機(jī)［２４，２５］。永磁游標(biāo)電機(jī)定子繞組可按照電機(jī)高速??諧波磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，使定子槽數(shù)大大減少，繞組繞??制簡(jiǎn)單，電機(jī)整體體積降低，且轉(zhuǎn)矩密度提升較大。??１９６３年美國(guó)工程師Ｃ．Ｈ．?Ｌｅｅ在文獻(xiàn)［２７］中提出了一種磁阻電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如??圖１－５所示。該電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子齒距不相等，轉(zhuǎn)子移動(dòng)很小的位置，就導(dǎo)致氣??隙磁導(dǎo)變化很大，類(lèi)似于游標(biāo)卡尺的上下刻度，所以將其命名為“游標(biāo)電機(jī)”，這??是游標(biāo)電機(jī)第一次被提出。之后英國(guó)Ｍｕｋｈｅｒｊｉ教授對(duì)此游標(biāo)磁阻電機(jī)進(jìn)行了詳??細(xì)的分析和計(jì)算，得到該電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩―。??日本Ａ．?Ｉｓｈｉｚａｋｉ教授在文獻(xiàn)［２９］中提出一種定轉(zhuǎn)子上均含有磁鋼的永磁游標(biāo)??電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖１－６所示，對(duì)其工作原理和電機(jī)優(yōu)化進(jìn)行了研究，并通過(guò)有限??元和樣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，該電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度、功率因數(shù)和效率比之前??游標(biāo)磁阻電機(jī)更優(yōu)。??文獻(xiàn)［３０］中提出了一種表貼式永磁游標(biāo)電機(jī)，如圖１－７所示。該電機(jī)滿足磁??場(chǎng)調(diào)制原理，通過(guò)解析法和有限元法，驗(yàn)證了該電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度要高于普通永磁電??機(jī)。文獻(xiàn)［３１］中提出了一種雙定子永磁游標(biāo)電機(jī)，通過(guò)氣隙磁導(dǎo)函數(shù)分析了氣隙??中的磁場(chǎng)調(diào)制原理，并進(jìn)行了樣機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果顯示該電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度較大，是傳統(tǒng)??永磁同步電機(jī)的兩倍。??４??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]游標(biāo)混合永磁電機(jī)性能計(jì)算與設(shè)計(jì)[D]. 劉國(guó)鵬.山東大學(xué) 2018



本文編號(hào)：2918252