為了進一步增大采用軟磁復(fù)合材料鐵心的軸向磁通永磁電機的電磁轉(zhuǎn)矩,針對其不等寬的兩段式Halbach陣列永磁體進行解析優(yōu)化,利用無槽2D等效模型和有槽氣隙相對磁導(dǎo)率解析了氣隙磁場和電磁性能;進而基于電磁轉(zhuǎn)矩的導(dǎo)數(shù)和復(fù)化求積公式推導(dǎo)了使電磁轉(zhuǎn)矩最大化的Halbach陣列最優(yōu)軸向充磁系數(shù)的表達式;采用軸向磁通永磁電機的3D有限元方法分析驗證了氣隙磁場、反電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩以及Halbach陣列最優(yōu)軸向充磁系數(shù)的解析解的準確性。Halbach陣列解析優(yōu)化的結(jié)果表明:當軸向充磁系數(shù)為0.82時,軸向磁通永磁電機的電磁轉(zhuǎn)矩達到最大;最優(yōu)軸向充磁系數(shù)取決于極對數(shù)、永磁體厚度、電機徑向尺寸和氣隙寬度等;當極對數(shù)為5時,最優(yōu)軸向充磁系數(shù)會隨著永磁體厚度的增加而減小,而電機徑向尺寸的增加會導(dǎo)致最優(yōu)軸向充磁系數(shù)的增大;氣隙寬度對最優(yōu)軸向充磁系數(shù)的影響較小,基本可以忽略。 

【文章來源】：西安交通大學(xué)學(xué)報. 2020,54(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 雙轉(zhuǎn)子離散式定子的軸向磁通永磁電機結(jié)構(gòu)

假設(shè)定子槽深度無窮大，考慮定子槽影響的軸向磁通電機2D等效模型如圖3所示，其中A1和A2是A相繞組的兩個線圈，b0為槽口寬度。氣隙相對磁導(dǎo)率能夠反映槽口形狀的影響，可由無槽2D等效模型的氣隙磁密推導(dǎo)出有槽氣隙磁密。在有槽徑向磁通電機中，通常采用保角變換求解氣隙相對磁導(dǎo)率，本文將復(fù)數(shù)保角變換的方法應(yīng)用于軸向磁通電機的2D等效模型中。實際物理平面Z域中的氣隙形狀為有槽結(jié)構(gòu)，如圖3所示。映射平面T域中的氣隙形狀為無槽結(jié)構(gòu)，如圖2所示，前文已經(jīng)得出了無槽模型的磁場解析解。將Z域中的有槽氣隙形狀轉(zhuǎn)換為T域中的無槽氣隙形狀需要經(jīng)過中間域W域的變換。文獻[18]詳細描述了Z域、W域和T域及其變換的過程。復(fù)數(shù)形式的氣隙相對磁導(dǎo)率λ是通過Z域、W域和T域的變換得到的，可以表示為[19]

圖5為電機在半徑r=84mm的氣隙中心處一個磁極下的軸向和周向空載氣隙磁密波形。可以看到解析計算的氣隙磁密波形和有限元分析的氣隙磁密波形吻合得較好。軸向磁通電機的反電動勢的有限元分析結(jié)果和解析計算結(jié)果如圖6所示。圖7為一個電周期內(nèi)軸向磁通電機的電磁轉(zhuǎn)矩波形，可以看出，有限元分析的電磁轉(zhuǎn)矩略小于解析計算的結(jié)果，這是因為解析計算忽略了電機轉(zhuǎn)子鐵心和定子鐵心的磁阻，也忽略了軸向電機的端部漏磁。圖5 氣隙中心處的空載氣隙磁密波形

【參考文獻】：
期刊論文
[1]定子無鐵心軸向磁通永磁同步電機研究進展綜述[J]. 劉向東,馬同凱,趙靜.  中國電機工程學(xué)報. 2020(01)
[2]軸向磁通非晶合金永磁電機空載鐵耗的解析計算方法[J]. 朱龍飛,朱建國,佟文明,韓雪巖.  中國電機工程學(xué)報. 2017(03)



本文編號：2983319