軸向永磁游標(biāo)電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度和軸向結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢因而在低速直接驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域備受關(guān)注。為了進(jìn)一步提高功率因數(shù)和功率密度,軸向永磁游標(biāo)電機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出多層化的趨勢。軸向永磁游標(biāo)電機(jī)的圓盤狀轉(zhuǎn)子在巨大且不平衡的軸向電磁力作用下會(huì)產(chǎn)生軸向平移和偏轉(zhuǎn)的趨勢,甚至發(fā)生定轉(zhuǎn)子貼合事故,使得電機(jī)難以平穩(wěn)運(yùn)行。此外,研究表明軸向電磁力是軸向永磁游標(biāo)電機(jī)運(yùn)行噪聲的主要來源之一。因此本文以徑向結(jié)構(gòu)相似的軸向永磁游標(biāo)電機(jī)四類基本模型為研究對象,對其所受軸向電磁力進(jìn)行分析和優(yōu)化,并在不同模型之間進(jìn)行比較。本文搭建單定子單轉(zhuǎn)子永磁體表貼式和內(nèi)嵌式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)的三維和二維有限元模型并進(jìn)行軸向電磁力分析和比較,以及通過解析法推導(dǎo)兩種模型軸向電磁力密度和整體軸向電磁力的表達(dá)式。之后通過理論和仿真研究徑向結(jié)構(gòu)相似的軸向永磁游標(biāo)電機(jī)所受電磁力沿徑向分布。本文對單定子單轉(zhuǎn)子永磁體表貼式和內(nèi)嵌式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)分別進(jìn)行軸向電磁力優(yōu)化。首先通過理論分析選取數(shù)個(gè)對軸向電磁力敏感的電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化變量并分析優(yōu)化變量對目標(biāo)函數(shù)輸出轉(zhuǎn)矩、整體軸向電磁力和軸向電磁力密度峰值的影響。其次,基于優(yōu)化變量合理變化區(qū)間的仿真數(shù)據(jù)庫,構(gòu)造優(yōu)化... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1雙定子單轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)嵌式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)[1]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-論。根據(jù)磁通調(diào)制原理進(jìn)行極對數(shù)的設(shè)計(jì)，即合理配置定轉(zhuǎn)子極對數(shù)與定子齒數(shù)的關(guān)系可大幅提高輸出轉(zhuǎn)矩，其關(guān)系式如下[17]rsZZp（1-1）式中Zr——永磁體極對數(shù)；Zs——定子齒數(shù)；p——定子繞組極對數(shù)。電樞繞組外轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)子定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心永磁體圖1-2雙定子三轉(zhuǎn)子多層軸向永磁游標(biāo)電機(jī)[16]永磁游標(biāo)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，永磁體在氣隙中產(chǎn)生具有Zr對極的永磁體磁動(dòng)勢，從而產(chǎn)生了穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩。此外，電機(jī)定子齒調(diào)制出了Zs-Zr次諧波，與定子繞組極對數(shù)p的值相等，兩者相互作用產(chǎn)生了額外的轉(zhuǎn)矩。此外，游標(biāo)電機(jī)中的槽諧波分量也可產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩[18]。磁場旋轉(zhuǎn)的速度是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的Zr/p倍，從而轉(zhuǎn)子低速旋轉(zhuǎn)且輸出大轉(zhuǎn)矩，圖1-3展示了永磁游標(biāo)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁場位置的變化圖，闡釋了永磁游標(biāo)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)較小角度便可使磁場分布產(chǎn)生較大改變的特性[19]。1.2.3軸向電磁力研究現(xiàn)狀早期研究聚焦于徑向電機(jī)特別是永磁同步電機(jī)所受徑向電磁力。2010年，諸自強(qiáng)教授對一款10極12槽永磁同步電機(jī)進(jìn)行分析，揭示了永磁同步電動(dòng)機(jī)中的徑向電磁力與電磁噪聲之間的關(guān)系，并從時(shí)空特性的角度通過徑向電磁力的諧波分解系統(tǒng)地分析了電磁噪聲的來源[20,21]。2010年，韓國B.Kim教授研究了永磁游標(biāo)電機(jī)的電機(jī)設(shè)計(jì)和工作原理，從磁動(dòng)勢和磁導(dǎo)的角度入手推導(dǎo)了氣隙磁動(dòng)勢和氣隙磁導(dǎo)的表達(dá)式，進(jìn)而推導(dǎo)出了氣隙磁密的表達(dá)式[10]。2018年，同濟(jì)大學(xué)學(xué)者把永磁同步電機(jī)徑向電磁力的分析理論應(yīng)用于分

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-析軸向磁通電機(jī)的軸向電磁力，通過表格展示了空間各階軸向電磁力（軸向電磁力的空間分布函數(shù)進(jìn)行傅里葉分解后的各次諧波）的來源，并且指出與傳統(tǒng)的徑向磁通電機(jī)不同的是，空間零階軸向電磁力（軸向電磁力的空間分布函數(shù)進(jìn)行傅里葉分解后的直流分量）是軸向磁通電機(jī)振動(dòng)和噪聲的主要來源[5]。2019年，對一款30極27槽軸向磁通電機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲主軸向電磁力波進(jìn)行了分析，并提出通過改變定子槽的寬度來優(yōu)化軸向電磁力，從而有效地降低了電磁噪聲[22]。圖1-3永磁游標(biāo)電機(jī)運(yùn)行原理示意圖1.3主要研究內(nèi)容本文從優(yōu)化軸向電磁力的角度出發(fā)，對軸向永磁游標(biāo)電機(jī)四類基本模型所受軸向電磁力進(jìn)行分析。由于多層結(jié)構(gòu)的軸向永磁游標(biāo)電機(jī)可視為單定子單轉(zhuǎn)子永磁體表貼式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)、單定子單轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)嵌式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)、雙定子單轉(zhuǎn)子永磁體表貼式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)以及雙定子單轉(zhuǎn)子永磁體內(nèi)嵌式軸向永磁游標(biāo)電機(jī)的組合，因此對多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)的軸向永磁游標(biāo)電機(jī)軸向電磁力的研究可拆分為數(shù)個(gè)基本模型，然后對每個(gè)模型進(jìn)行軸向電磁力分析，最后再進(jìn)行整體軸向電磁力分析。因此本文對徑向結(jié)構(gòu)相似的上述四類軸向永磁游標(biāo)電機(jī)基本模型所受軸向電磁力進(jìn)行分析，本課題將從以下幾個(gè)方面開展研究：（1）通過有限元仿真的方法探索單定子單轉(zhuǎn)子永磁體表貼式和內(nèi)嵌式兩種模型的軸向永磁游標(biāo)電機(jī)的軸向電磁力分布規(guī)律。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]永磁游標(biāo)電機(jī)的研究現(xiàn)狀與最新進(jìn)展[J]. 林鶴云,張洋,陽輝,房淑華,黃允凱.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2016(18)
[2]麥克斯韋電磁力公式與某些電磁現(xiàn)象的解釋[J]. 佟為明,許峰,李鳳閣.  電子器件. 2001(04)
[3]遺傳算法電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)簡介[J]. 李鯤鵬,胡虔生.  微特電機(jī). 2001(04)

碩士論文
[1]基于磁場調(diào)制效應(yīng)的小型軸向永磁游標(biāo)電機(jī)研究[D]. 陶恩成.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于磁齒輪原理的電動(dòng)汽車用直驅(qū)式永磁電機(jī)研究[D]. 楊礦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019



本文編號：3593660