圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究

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1、硕士学位论文圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究RESEARCHONTUBULARFLUX-SWITCHINGPERMANENT-MAGNETLINEARMACHINE韩亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM359.4学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文圆筒型开关磁链永磁直线电机的研究硕士研究生：韩亮导师：王铁成教授副导师：郑萍教授申请学位：工程硕士学科：电机与电器所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TM359.4U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTUBULARFLUX-SWITCHINGPERMANENT-MAGNETLINEARMACHINECandidate：HanLiangSupervisor：Prof.WangTiechengVice-Supervisor:Prof.ZhengPingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Ele

3、ctricalMachineandApparatusAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要作为自由活塞斯特林发电系统中的发电机，圆筒型永磁直线电机虽然具有高功率密度、高效率等优点，但是电机在高速振荡时，很难兼顾动子结构的牢固性与电机的动态响应特性，并且永

4、磁体在高温下易造成不可逆退磁。为了解决以上问题，本文对一种新型圆筒型开关磁链永磁直线电机进行了深入研究，该电机动子结构简单、牢固、质量轻，初级位于电机外侧易于散热，并且单相绕组使电机在启动时更加易于控制。首先，本文讨论了电机在不同工作状态运行的工作原理，推导了电机的基本电磁模型、等效电路模型和简谐运动模型。初步设计了一台300W电机模型，在圆柱坐标系下建立了电机的二维有限元模型。通过有限元分析，讨论了电机的漏磁情况、气隙磁密分布、电感波动、磁链波形、反电势波形等基本电磁特性，分析了运动状态对于电机反电势、功率、损

5、耗、负载特性的影响。其次，本文研究了电机的永磁体形状、定子/动子齿宽、动子轭部内/外径这些结构变化对电机的影响，主要观察了电机的反电势、功率、功率密度、损耗、效率、推力等指标，优化过程重点考虑电机具有较高的功率密度，以及较高的效率和推力。然后，本文讨论了电机磁阻力的来源及主要削弱方法。通过有限元分析了电机磁阻力对推力的影响，经过仿真对比，提出通过合理的结构参数配比来减弱磁阻力的方法，主要通过调整定子齿宽度和永磁体厚度的配合、定子齿宽度和动子齿宽的配合来实现。最后，本文分析了电机的三维稳态温度场特性，讨论了封闭机壳

6、下电机双凸极结构温度场分布的特殊性。建立了电机的三维物理模型，确定了主要温度场计算参数，利用有限元软件分析了电机的稳态温度场分布特点，并且讨论了不同冷却条件对电机温度场分布的影响。关键词：直线电机；开关磁链；斯特林发电系统；磁阻力；温度场-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeadvantagesofhighpowerdensityandhighefficiency,tubularpermanent-magnetlinearmachineiswidelyusedinFree-piston

7、Stirlingpowergeneratorsystem.However,it’sdifficulttobalanceitsrobustmoverstructureandfastdynamicresponsecharacteristicunderhighfrequencyoscillation,andeasytocauseirreversibledemagnetizationofPMs.Tosolveaboveproblems,thispaperdescribesanoveltubularflux-switchi

8、ngpermanent-magnetlinearmachine(TFSPMLM),whichhasasimple,strongandlightmover,goodheatradiationofexternalprimary,andeasycontrolofsingle-phasewinding.Firstly,theworkingprincipleandtheestabl