基于halbach阵列新型永磁盘式无铁心电机的设计与研究

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1、国内图书分类号:TM351工程硕士学位论文基于Halbach阵列新型永磁盘式无铁心电机的设计与研究硕士研究生：曲春梅导师：谢颖申请学位级别：工程硕士学科、专业：电气工程所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex:TM351DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignandStudyofNovelPermanentMagnetDiskCorelessMotorBasedonHalbachArr

2、ayCandidate：QuChunmeiSupervisor：XieYingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringDateofOralExamination：March,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology基于Halbach阵列新型永磁盘式无铁心电机的设计与研究摘要盘式无铁心永磁同步电机因其轴向尺寸短、重量轻、结构紧凑、转动惯量

3、小、机电常数小等优点，可以制成多气隙组合式结构，并被广泛应用于电动汽车、机器人、机械手臂、家用电器等要求薄型安装的场合。盘式无铁心永磁电机定转子排列位置有多种组合方式，本文对双外转子中间定子结构盘式电机的电磁场进行深入研究。首先本论文为了有效利用电机径向长度上的空间，提出了基于Halbach阵列的楔形气隙结构，并设计了一台功率为250W的盘式无铁心同步电机，给出了电机转子磁极、计算极弧系数以及导体占空比的计算方法，并将盘式电机沿周向展开得到其二维结构模型，利用有限元方法计算了电机的二维磁场。其次针对盘式电机三维

4、开域磁场的空气域问题进行分析，研究了空气域大小对电机周向气隙磁密的影响，并以合适的空气域尺寸建模，同时研究气隙磁密的径向分布情况。接着从Halbach阵列永磁体的充磁方向、永磁体厚度、永磁体宽度三个方面对电机转子进行了结构优化，并提出了不等厚和不等宽结构永磁体转子，通过对比分析这些结构的周向气隙磁密波形的正弦性、气隙磁密的谐波含量以及空载反电势畸变率来判断各结构的优劣。然后基于各结构永磁体转子的特点提出了梯形永磁体结构盘式电机，并在保证永磁体用量相当的条件下与其他结构进行对比研究，得出了梯形结构盘式永磁电机的优

5、势。最后对梯形结构盘式永磁电机进行了电磁场分析，利用磁通法计算了其空载漏磁系数，分析该电机在额定负载下的电磁转矩特性。利用有限元法计算了空载和负载两种工况下的永磁体涡流损耗，并得出了影响涡流损耗大小的主要因素。同时计算了不同负载情况下的交直轴电感和轴向电磁力，并得出相关结论，为该类电机的进一步深入研究提供有益价值。关键词盘式无铁心电机；Halbach阵列；气隙磁密；梯形永磁体；交直轴电感-I-DesignandStudyofNovelPermanentMagnetDiskCorelessMotorBasedon

6、HalbachArrayAbstractThecorelessdiskpermanentmagnet(PM)synchronousmachinewhichhasthemeritsofshortaxialdimensions,lightweight,compactstructure,smallmomentofinertia,smallelectricalandmechanicalconstantscanbemadeintoamultipleairgapscompositestructureandwidelyuse

7、dinthininstallationrequiredequipmentsuchaselectricvehicles,robot,robotmechanicalarmsandhouseholdelectricalappliances.ThecorelessdiskPMmachinehasavarietyofcombinationstyle,andthedual-outer-rotorandinnerstatorstructureisfurtherstudiedinthispaper.Firstly,inorde

8、rtomakefulluseofthespaceoftheoutsidediameterofthemotor,thewedgeair-gapstructurebasedonHalbacharrayisproposedinthispaper.A250WcorelessdiskPMsynchronousmachineisdesigned,andthecalculationmethodsof