基于軟磁復合材料的盤式橫向磁通永磁無刷電機研究.pdf

1、盤式橫向磁通永磁無刷電機(Disk Transverse-flux Permanent MagnetBrushless Machine，DTFPM)集中了軸向磁場永磁電機、橫向磁通永磁電機和分數槽集中繞組永磁電機三種電機的優(yōu)點，具有短軸、薄型、高容錯能力、高功率密度、高轉矩密度和電磁負荷獨立設置的優(yōu)點，但如采用疊壓硅鋼材料作為其定子鐵心，則該電機具有高漏磁和高轉矩脈動的缺陷，影響到該種電機進一步的推廣和應用。軟磁復合材料(Soft Ma

2、gnetic Composite，SMC)是一種新型導磁材料，具有磁熱各向同性、模壓成形、高頻鐵耗低、材料利用率高、尺寸精度高等電機導磁材料所需要的優(yōu)良特性，將SMC材料替代疊壓硅鋼材料而形成的基于SMC的DTFPM，是一種新型結構的DTFPM，SMC材料的使用使其保有原有優(yōu)勢的同時，提供了眾多降低其漏磁和轉矩脈動的方法，從而可有效降低其漏磁和轉矩脈動。目前，無論DTFPM還是基于SMC的電機研究都較少，更未見基于SMC的DTFPM的研

3、究報告，因此基于SMC的DTFPM的研究，具有重要實用價值和理論研究意義。本文主要研究內容以下:
　　首先，描述與SMC DTFPM相關的研究背景、研究意義和研究現狀，其中包括與本課題相關的盤式結構永磁無刷電機、橫向磁通永磁無刷電機、DTFPM及SMC電機的研究現狀，最后給出本文的主要研究內容。
　　其次，提出新型結構的SMC DTFPM，并介紹其結構原理和優(yōu)越性。特別是由于SMC材料的應用，與疊壓硅鋼材料相比，提供了更多降

4、低漏磁系數和轉矩脈動的方法，如增加SMC弧形定子齒靴、上下齒靴錯位;而且為了彌補SMC磁導率低的問題，可以僅把定子齒靴部分變?yōu)镾MC，定子極身保持為硅鋼片材料。針對上述電機，文中使用電磁場仿真驗證了其優(yōu)越性，并通過對比常規(guī)電機的幾種研究方法（解析法、有限元法和磁路法），得出磁路法作為主體、有限元法用來輔佐驗證調整的研究思路。
　　再次，建立基于SMC的DTFPM磁網絡模型，并使用這一模型計算該種電機的性能參數，如永磁相電動勢波形、

5、負載轉矩波形。首先，推導出磁網絡中各類磁路對應磁阻和磁勢的計算公式，包括永磁體自身的磁阻和磁勢、永磁體漏磁路的磁阻、定子極身磁阻和定子繞組磁勢等;其次，推導出不考慮飽和情況下單個永磁體的磁路模型隨著定、轉子相對位置變化而變化的規(guī)律，進而基于該規(guī)律建立考慮定子飽和時所有永磁體共同作用下整個電機的磁網絡，并通過總結幾個特定位置磁網絡的規(guī)律，推導出符合任意轉子位置的通用磁路網絡模型;再次，求解通用磁網絡對應的節(jié)點磁位方程組，從而進一步求得永磁

6、磁鏈、永磁電動勢、負載磁鏈、輸出轉矩、磁密分布等;最后采用三維有限元方法，驗證所建立的磁網絡模型及由磁網絡模型進行電機性能計算方法的正確性。
　　然后，進行基于SMC的DTFPM的電磁計算程序及計算機輔助程序設計。即將上述的磁網絡理論應用MATLAB中的圖形用戶界面(GUI)來實現，并在界面中增加計算槽滿率、電流密度、效率等電機關鍵參數的模塊，從而有效達到電機參數方便輸入和性能參數快捷輸出的效果。應用已建立的界面，進行基于功率、效