盤式無鐵心永磁同步電機為無鐵心軸向磁場(AFPM)電機,具有高功率密度、效率很高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊,大幅度減低電機質(zhì)量,低速下運行平穩(wěn)等技術(shù)優(yōu)勢。電機轉(zhuǎn)子采用Halbach陣列永磁體結(jié)構(gòu),獲得的氣隙磁場的正弦分布特性好。無鐵心電樞繞組的設計與制造是無鐵心AFPM電機研究的關(guān)鍵部分。目前無鐵心電樞繞組大多采用環(huán)氧樹脂澆注而成的線繞型繞組。線繞型繞組的加工工藝尚未成熟,線圈的安放、定位困難,形狀和尺寸難以達到要求。將印刷電路板(PCB)成熟的加工工藝應用于無鐵心繞組制造中,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)的無鐵心AFPM電機。本文在無鐵心AFPM電機的PCB繞組設計,電磁場解析模型、三維有限元仿真、優(yōu)化設計等方面進行深入研究。本文分析了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機的結(jié)構(gòu)特點,電機采用雙轉(zhuǎn)子單定子的雙氣隙對稱結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上磁鋼采用Halbach陣列結(jié)構(gòu)。無鐵心繞組為多層PCB繞組,固定在電機機殼上,提高了繞組加工的工藝性和電機的散熱能力。利用等效疊加的方法對無鐵心AFPM電機的電磁場進行解析分析,取平均半徑處的磁路作為主磁路,將無鐵心AFPM電機等效為二維直線電機模型,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)的無鐵心AFPM電機的PCB繞組的設計,PCB繞組采用非重疊集中繞組,線圈形狀綜合梯形和圓形線圈的優(yōu)點。推導了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機的空載反電動勢的解析計算表達式,為電機的參數(shù)化設計提供了參考。對無鐵心AFPM樣機進行詳細設計,給出了電機的主要尺寸、定子繞組參數(shù)及轉(zhuǎn)子磁鋼尺寸參數(shù)的確定方法,運行三維有限元法對樣機的性能進行分析。最后,提出了基于新型Halbach陣列的無鐵心AFPM電機,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)化電機的參數(shù),獲得了比90°Halbach陣列更正弦分布的氣隙磁場。對基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機的PCB繞組的線圈形狀進行優(yōu)化,分析了線圈沿徑向長度、有效邊傾斜和線圈的中心等參數(shù)對電機的轉(zhuǎn)矩和銅耗的影響,提高了電機的效率和額定轉(zhuǎn)矩,得到最優(yōu)的PCB線圈形狀。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM341

【參考文獻】

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本文編號：2304924