外文翻译--轴向磁通永磁电机的电磁设计

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1、轴向磁通永磁电机的电磁设计J.R.Bumby,R.Martin,M.AMueller,E.Spooner,N.L.BrownandB.J.Chalmers摘要：一般，轴向磁通发电机提供了在无槽磁域计算的分析方法。最基本的构建块是电流片在两片无限渗透的铁表面产生的矢量。通过对磁体周围的电流和集成磁体的厚度进行建模，可以发现矢量的电势和磁场与永磁体有关。相比之下，定子铁表面的电流片代表的是电枢绕组。由解析方程得到的磁场结果通过和两，三，还有三维有限元的研究结果相比较，发现误差在5%之内。此外，电动势，磁链和电感的测量已经在两个发电机上进行并且比较了有限元素和分析结果

2、。分析模型预测的电动势的误差在5%之内。端绕组的环形电感，气隙和电枢绕组大大增加了总电感量使的解析模型预测的总电感量与测量结果的总电感量相差不到10%。符号列表A：矢量势Z电枢绕组每圈的导体数B:磁通密度，Tg电枢线圈之间的位移,mBrem:永磁体的漏磁，Tm0自由空间磁导率c:运行间隙，md波长Dm：平均内径，mtp级距E:电动势，Vtm磁铁宽度H:磁场强度，A/m线圈的蔓延,电气或机械弧度i:电流，AF磁通量WbJ:电流密度，A/m2磁链K:线性电流密度，A/mKdn：n倍的谐波分布的因素kL,mag有效长度比率(见(26)Lm磁体径向长度、mn谐波数Nc每

3、电枢线圈匝数P极对数Ri定子铁芯的内半径，mRo定子铁芯的外半径，mRm平均铁芯半径，mTc铁芯厚度，mun2pn/lw线圈宽度的平均半径,my电枢厚度、mYm磁体厚度，mY1电流片的位置Y2转子与定子铁芯表面的距离Y2eff有效空隙1引言广泛的可适用性和减少成本的高剩磁，钕铁硼永久磁铁使轴向电机替代了低收入和中等功率电动机和发电机的应用程序。在许多情况下，特定转矩的轴向磁通电机比其径向磁通的更好【1,2】，而其几何尺寸可能会更与一般比例机械相容，无论是驱动或者是被电机驱动。很短的轴向长度需要去容纳磁场和电子元件可能使设计不需要单独的轴承和高的转动惯量的转子就可

4、以成为一个有用的飞轮功能。一个轴向电机特别使用的例子是直接驱动风力发电机【3-5】，在紧凑的发动机-发电机装置里，无论是一般应用[6]或在一个混合电力车辆[7]，或在轮电动机[8-11]。在一般的轴向磁通机器的至少包括一个转子盘承载轴向极化磁铁和一个定子转子盘携带无槽或无槽绕组。定子可以是磁性也可以是非磁性的，这取决于机器的拓扑结构。基于这些概念的大量轴向磁通的拓扑结构是可能的，包括单级[11]，双级[7，12]或多级设计。我们将集中于带铁芯的各种定子无槽绕组和环形线圈来建立定子气隙绕组。由于这种类型的绕组结构通常被称为一个“圆环”机[12]。这样一台机器的基本

5、的横截面示于图1，它包含两个转子盘，每个转子盘周围的磁极排布为N-S-N-S。一张盘上的磁体的北极对着另一张盘上磁体的北极，这样使磁通轴向跨越气隙，然后转向周向延成的带状卷绕铁芯返回转子前，一个磁极一个磁极的进行。每个电枢线圈缠绕环状带绕铁芯，对于一个三相机有三个电枢绕组每极之间最大差价60电角度。本机的拓扑结构被用于紧凑的，可变速的集成生产装置中（VSIG）并已经被Newage-AEG-SVK[6,7]商业化。当机器运转时，空气被吸入机器的轴向中心同时自然抽水能力使冷却空气径向横跨电枢绕组。这种泵送作用由磁铁进一步增强并作为风机叶片来确保电枢绕组有良好的冷却。

6、这种直接空气冷却的绕组允许高达20A/mm2电流密度直接通过。机器内部的磁通由永磁体和电流通过定子线圈产生。要确定一台机器的设计，并评估其性能，焊剂成分是必须的，无论是由磁通引起的电动势或者是由电枢绕组的电抗引起的它均可以很方便的表达出。电动势和电感设计的表达式基于磁性等效电路，它很容易评估并能用于设计可达到预期目的的机器[7]。然而这样的设计表达式没有考虑到泄露和边缘领域，同时在很多设计中[7,12]磁铁的径向延伸超越了定子来增加转子磁链和电动势。解析表达式中本身与这些影响有关的因素被提了出来。设计表达式可预测磁通密度，感应电动势和电枢电感和他们的精度，这些都

7、是在有限元和实验工作支持的基础上完成的。MarignettiScarano[10]在一个轴向磁通的机器里采用分析技术来预测磁铁的磁通密度，但需要有限元素作为解决方案的一部分。查尔默斯等人[13]用一个两维的拉普拉斯表达式来推出电枢电抗表达式。我们使用了类似查尔默斯等人的方法[13]。但现在有统一的2维（2-D）的方法来计算磁通和电枢反应通量。实验测得的电动势和电枢电感值将被用于于分析方法和有限元研究的方法得到的结果相比较。在2-D中有限元计算解决方案同时使用了MEGA[14]和FEMLAB[15]和3-DMEGA。2：分析模型2.1模型如图1所示，观察其机器上的

8、径向向内图，并忽略曲率，