杜静娟[1]2006年在《基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机的研究》文中指出本课题是国家863计划项目《高性能稀土永磁电机技术集成及关键材料》(2004AA32G080)的部分研究内容,本文的主要内容是对基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机的设计及其电磁场分析。该类电机作为一种现代高性能伺服电机,具有重量轻、结构紧凑、振动噪声低、转动惯量小,机电时间常数小、低速运行平稳等特点,在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景。本论文充分利用外径空间提出了新型的基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电动机,该电机通过改变气隙结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密,达到提高电机性能的目的,并针对这种电机进行建模和电磁场分析计算。由于此类电机的特殊结构,很难将叁维开域磁场化为二维磁场计算,其气隙磁密按叁维开域磁场分析,通过大量有限元的仿真分析最终确定了较小实用求解区域,简化了计算。基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机与普通永磁电动机有很多不同之处,与传统的电机参数计算相比,许多计算方法不再运用,本文针对该类电机给出了几个典型的计算公式,并总结了基于叁维电磁场分析计算盘式无铁心同步电机的电磁计算程序,最后编制出了一套电磁设计计算的CAD软件。在制作工艺上,内/外转子结构的加工工艺、永磁体的固定加工、绕组盘的安装与定位、灌胶成形等难题都得到了解决,还制作了适合于盘式电机总装的特殊工艺设备。在理论分析和磁场仿真相结合的基础上,初步设计250W和2500W的两台样机;并对样机进行了大量的试验,分析试验结果,并与同规格的其他样机进行性能比较,进一步完善和总结。本论文的电机由于无铁心和楔形气隙的特殊结构,其重量大大减轻,电机的效率提高,转矩波动小,振动噪声明显减小等等,特别适合一些特殊的应用场合比如电动汽车、船用推进器、手持电动工具、机械臂等等。
闫杰[2]2004年在《盘式无铁心永磁同步电机磁场分析及磁钢结构优化》文中研究说明盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置,其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力,提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机,进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机,盘式无铁心电机是轴向磁通电机,外加其无铁心的结构,决定了该电机的磁场呈叁维、开域分布。对它的电磁场分析,不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。本文研究的重点内容分为两部分:(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上,建立其磁场叁维模型,由叁维有限元法计算叁维电磁场,分析计算结果,并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。(2)在磁场计算的基础上,将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来,提出磁钢结构优化方案,研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构,以获得理想的磁场波形和磁密值。本文首先从磁路计算的方法入手,通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用叁维有限元法求解该电机的电磁场,分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布,本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中,讨论了叁种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺,将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合,提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列,给出具体磁钢尺寸,并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
王晓远[3]2006年在《基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机的研究》文中指出盘式无铁心永磁同步电机作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机,具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子涡流损耗小、转动惯量小,机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点,在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景。 本课题是国家863计划项目《高性能稀土永磁电机技术集成及关键材料》(2004AA32G080)的研究内容之一,对新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机进行设计与集成技术研究。 本论文提出了一种新型电机—基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机,并对这种电机进行了磁场分析和计算,针对该电机永磁体和电枢的加工工艺进行了分析。接着从电机优化设计的角度出发,提出了一种新型的基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电动机,该电机通过改变气隙结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密,达到提高电机性能的目的,并针对这种电机进行建模和电磁场分析计算。还提出了一种新型的基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机,通过电磁场分析以及工艺方面的研究,多盘式永磁同步电机最后采用了单元电机组合式的结构。 由于此类电机的特殊结构,决定了盘式无铁心永磁同步电动机的气隙磁场属于叁维开域磁场,如何确定叁维开域场的边界条件和对计算结果进行有效的处理也是课题的研究重点。在处理复杂的叁维开域电磁场的计算时,通过大量有限元的仿真分析确定了求解区域,简化了计算。 盘式无铁心永磁同步电动机在结构上与普通永磁电动机有很多不同之处,与传统的电机参数计算相比,有很多计算方法都不相同。结合已有的关于盘式电机和永磁电机的参数计算方法以及叁维磁场的计算结果,经反复公式推导,归纳出基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机的设计计算方法,并以场路结合的方法对电机进行优化设计,总结出优化设计规律,并最后编制出了一套电磁设计计算的CAD软件。 针对所研究电机自身的特点,结合具体应用中的限制因素,制定了适用于该类电机的设计规则。成功地研制出了高性能的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机。在保证电气性能和机械可靠性的前提下,优化选择此电机的气隙长度,确定永磁材料的体积、厚度,尽可能地提高了钕铁硼永磁材料的利用率。最后制作工艺上,整/半轴的加
赵方[4]2006年在《基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机分析与计算》文中进行了进一步梳理盘式永磁同步电动机是近年来发展起来的新型结构高性能伺服电动机,具有轴向尺寸短、重量轻、体积小、结构紧凑等特点。可以制成多定子多转子交错组成的多盘式结构,进一步提高转矩,特别适合于机器人和大力矩直接驱动装置。同时由于结构原因,盘式电机的径向尺寸受到一定限制,半径太大会增加加工工艺的难度,有时相关的尺寸数据难以保证,为提高电机的输出功率,一般采用多盘式结构。目前永磁电机正向着大功率化、高功能化和微型化方向发展,其中高力能密度和高效率是对各类永磁电机设计所提出的共同要求。本文本着提高电机的输出功率的目的,在总结各种盘式永磁同步电机的结构、特点的基础上提出了一种新型的基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机,从提高电机的功率密度入手,将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中。利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性以及Halbach阵列的高聚磁作用来提高电机气隙磁密,使无铁心电机变成可能,同时Halbach阵列使轭部的磁通减小,可相应少用或不用轭部。电机重量因此可以大幅度下降,在一定程度上也可降低电机的成本。作为一种新型电机,基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机的结构和设计计算方法与普通永磁电机相差很大,其它电机的设计理论无法直接应用。本文介绍了采用HALBACH阵列后的电机的结构、特点,并利用有限元方法对基于HALBACH阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机进行数学建模和电磁场仿真分析。针对基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机设计及其特性进行了相关的分析和研究,从Halbach阵列的选择、电机气隙结构的优化――楔形气隙结构的提出、多盘式永磁电机的结构形式选择――单元电机组合式、多盘式结构中单元电机间永磁体阵列间的排列方式选择等方面做出了主要的论述。依据磁场仿真的结果确定了永磁体设计的相关尺寸参数以及构成多盘的单元电机间的排列方式。本文总结和归纳了的基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电动机的加工工艺。解决了整/半轴的加工、永磁体的固定、内外转子等工艺问题,设计出了加工工艺所需的模具及适合盘式电机总装的特殊工艺工装设备。最后编制出了一套针对本文中所设计的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机的电磁计算的CAD软件。
于海峰[5]2014年在《基于PCB技术的盘式无铁心永磁同步电机研究》文中研究表明盘式无铁心永磁同步电机为无铁心轴向磁场(AFPM)电机,具有高功率密度、效率很高、结构简单紧凑,大幅度减低电机质量,低速下运行平稳等技术优势。电机转子采用Halbach阵列永磁体结构,获得的气隙磁场的正弦分布特性好。无铁心电枢绕组的设计与制造是无铁心AFPM电机研究的关键部分。目前无铁心电枢绕组大多采用环氧树脂浇注而成的线绕型绕组。线绕型绕组的加工工艺尚未成熟,线圈的安放、定位困难,形状和尺寸难以达到要求。将印刷电路板(PCB)成熟的加工工艺应用于无铁心绕组制造中,PCB结构扁平,在结构上非常适合轴向磁路结构的无铁心AFPM电机。本文在无铁心AFPM电机的PCB绕组设计,电磁场解析模型、叁维有限元仿真、优化设计等方面进行深入研究。本文分析了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的结构特点,电机采用双转子单定子的双气隙对称结构,转子上磁钢采用Halbach阵列结构。无铁心绕组为多层PCB绕组,固定在电机机壳上,提高了绕组加工的工艺性和电机的散热能力。利用等效迭加的方法对无铁心AFPM电机的电磁场进行解析分析,取平均半径处的磁路作为主磁路,将无铁心AFPM电机等效为二维直线电机模型,解析法分析结果和叁维有限元法基本一致。本文研究了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的PCB绕组的设计,PCB绕组采用非重迭集中绕组,线圈形状综合梯形和圆形线圈的优点。推导了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的空载反电动势的解析计算表达式,为电机的参数化设计提供了参考。对无铁心AFPM样机进行详细设计,给出了电机的主要尺寸、定子绕组参数及转子磁钢尺寸参数的确定方法,运行叁维有限元法对样机的性能进行分析。最后,提出了基于新型Halbach阵列的无铁心AFPM电机,永磁体的截面为凸字型,充磁方式与90°Halbach阵列相同。利用田口算法的优化电机的参数,获得了比90°Halbach阵列更正弦分布的气隙磁场。对基于PCB技术的无铁心AFPM电机的PCB绕组的线圈形状进行优化,分析了线圈沿径向长度、有效边倾斜和线圈的中心等参数对电机的转矩和铜耗的影响,提高了电机的效率和额定转矩,得到最优的PCB线圈形状。
刘艳[6]2004年在《基于HALBACH阵列的盘式无铁心永磁同步电动机分析与计算》文中研究说明盘式永磁同步电动机属于轴向磁场电机,目前,该类电机在国外已经得到了迅速发展,作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机己广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转子的转动惯量小、机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点,其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景,是一种理想的驱动装置。本课题作为国家863计划项目《新型稀土永磁电机设计及集成技术》2002AA324020中的一部分,该项目的主要工作是进行新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机的设计与集成技术研究,开发出一种新型钕铁硼永磁电机,解决相应的整机设计和集成技术问题。本文中提出的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机是在盘式永磁同步电动机的基础上,将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中,从而使得电机的质量大为减轻,功率密度提高,振动噪声降低,效率提高。基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机其磁路结构和电磁负荷分布与传统电机完全不同,常规电机的某些设计规则不能直接应用到该结构电机的设计当中,本文主要针对这种结构的电机进行了分析与计算。分析了不同结构Halbach阵列下的气隙磁场,以及相关参数的计算,给出了初步的样机设计数据,并对样机的加工工艺进行了探讨,在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上,针对盘式无铁心永磁同步电动机自身的特点,编制了一套电磁计算程序,该程序还有待通过大量样机的试验,来总结和完善。我国稀土资源丰富,然而,由于技术经济上的问题,国产永磁交流伺服电动机至今未能大量应用。与此同时,高性能的永磁交流伺服电动机及系统大量依靠进口,我国每年进口的工程装备当中,仅数控机床因国产电机和系统不能满足要求而每年需要进口的就达22亿美元以上。本项目的完成将改变这类产品主要依靠进口的局面,充分发挥我国稀土资源丰富的优势,其经济效益和社会效益是十分巨大的。
郭雨[7]2007年在《盘式无铁心永磁同步电机负载情况下的磁场分析及计算》文中研究指明盘式永磁同步电动机是永磁电机的一种,是近几年来发展起来的高性能伺服电动机。此种电机具有体积小、重量轻、结构紧凑、转子的转动惯量小、低速运行平稳等优点,其作为一种新型的驱动装置,已被广泛应用于军事、航天、农业以及日常生活的各个领域中。本课题是国家863计划项目《高性能稀土永磁同步电机技术集成及关键材料》(2004AA32G080)的部分研究内容,本文的主要研究对象是基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机。此种电机因其无铁心的结构,从而大大减小了电机的质量,同时降低了损耗和震动噪声,提高了功率。基于Halbach阵列的盘式无铁心电机由于其结构的特殊性,使得它的磁路结构和普通圆柱式电机的磁路有很大的不同,因此使用常规电机的设计方法不能直接应用于此类电机的设计中,只有通过计算和分析盘式无铁心永磁同步电机的磁场才能较好的完成对此种电机的设计工作。本文通过介绍盘式无铁心的定、转子结构来建立此种电机电枢磁场和负载磁场的二维和叁维模型,通过使用二维和叁维有限元分析方法来仿真计算盘式无铁心永磁同步电机的电枢和负载磁场分布情况,分析此类电机电枢反应对主磁场的影响。同时比较二维有限元法和叁维有限元在计算盘式电机时的差别。由于盘式电机属于轴向电机,它的磁场分布会在圆周方向和半径方向同时变化,所以某些电磁参数的计算就要在解算电枢磁场和负载磁场的基础上,利用有限元数值法求得。本文介绍了一些电磁参数的电磁场数值解法。通过本文对盘式无铁心永磁同步电机电枢磁场和负载磁场的分析,了解了此种电机电枢反应对主磁场的影响,为此种电机的设计起到了辅助性的作用,为盘式电机的发展提供了有利的帮助。盘式无铁心永磁同步电机特别适合一些特殊的应用场合,成功研制此类电机必将使我国的相关产品更上一个新的台阶。
陈静[8]2010年在《轮毂盘式永磁同步电动机的设计与分析》文中研究指明利用轮毂电机直接驱动电动汽车采用轮毂电机,避免了机械传动系统中的能量损失,使电能得到了最大的利用。电动汽车采用轮毂直驱式可立即产生旋转动力,减少了加速时间,并且对每个车轮实施单独控制非常方便,具有较高的灵敏度。盘式永磁同步电动机是一种高性能的轴向磁场电动机,具有很高的功率密度、体积小、重量轻、结构紧凑和具有良好的动态性能等优点,非常适合用作高能伺服电机,目前盘式永磁同步电动机已经广泛用于机器人等高新科技领域。本课题选用盘式永磁同步电动机作为轮毂电机直接驱动电动汽车,合理地选择并设计了轮毂电机,并使用有限元对该电动机的电磁场进行仿真分析。本文从电动汽车的叁大动力性能指标出发,首先按照小型车的要求得出了轮毂电机的额定功率、额定转速等最基本参数。结合盘式永磁同步电动机的基本结构、原理与主要特点,详细设计了4000W具有楔形气隙的外转子式轮毂盘式永磁同步电动机。为了进一步了解电机内部的电磁分布,本文利用有限元方法对样机的空载磁场、电枢磁场与负载磁场进行了深入的分析。由于电动机采用无铁心结构,电枢反应对空载磁场的弱磁作用非常小,不能利用改变电枢磁场的方式对电机进行调速,对此文中给出了两种解决方法用以适应电动汽车对于电机宽调速的要求。为了使盘式永磁电动机适用于大功率大转矩汽车,可以将该电机改进成为多盘式结构,大大提高了电机的功率与转矩。本文利用有限元方法对叁转子双定子多盘式永磁同步电动机的电枢与负载磁场进行了分析,分别建立了二维与叁维物理模型,得出了多盘式电机的电枢磁场对主磁场的影响。轮毂电机与盘式永磁同步电机其本身都具有优异的技术特点,使用盘式永磁同步电动机作为轮毂电机驱动电动汽车,必将成为今后电动汽车最理想驱动方式。
张晓文[9]2007年在《基于有限元法的盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算》文中提出近年来,盘式无铁心永磁同步电动机由于其优异的性能得到了迅速发展,它具有轴向尺寸短、结构紧凑、体积小、重量轻、转动惯量小、无励磁损耗、无铁心损耗、效率高、散热条件良好、功率密度高、峰值转矩和堵转转矩高、转矩质量比大、低速运行平稳、动态性能优越等优点。以盘式无铁心永磁同步电动机为执行元件的伺服系统已经被广泛的应用于数控机床、机器人、雷达等高精度系统中。国内已经研制成功了均匀气隙结构、楔形气隙结构和多盘式结构的盘式无铁心永磁同步电动机。Halbach永磁体阵列被应用到此类电机的设计中,使得电机的性能得到了很大提高。目前,在盘式无铁心永磁同步电动机的设计方面已经积攒了很多经验,并总结出了一套电机设计程序。现在亟待解决的是盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算问题。由于盘式无铁心永磁同步电动机的结构与传统的径向磁场电机截然不同,需要进一步研究适合该类电机的参数计算方法。本课题作为国家863计划项目《高性能稀土永磁电机技术集成及关键材料》(2004AA32G080)的一部分,主要内容是研究盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算方法。在传统电机理论的基础上,本论文提出利用有限元法来计算盘式无铁心永磁同步电动机的各项电磁参数。这种方法的优点是能够准确地模拟电机运行时电流、磁场的分布情况,并在此基础上求解各项电磁参数,计算结果的精度较高。本文具体介绍了盘式无铁心永磁同步电动机同步电抗、计算极弧系数、电磁转矩和基波电动势的有限元求解方法。
刘嘉[10]2009年在《适用于低风速盘式永磁发电机的设计研究》文中研究说明在能源消耗迅猛增加,环境问题日趋严重的当今社会,人们已经开始将目光纷纷转向了可再生能源的开发和利用。其中,风力发电技术较为成熟,发电量高且清洁无污染。但其最大的问题就是应用范围受风能资源分布的影响较大,为了在占我国面积24%的风能贫乏区或者在高楼密集的城市中使用风力发电,同时也为了在占我国面积50%的风能可利用区延长风力发电机的有效工作时间,获得更多的电能,就必须设计一种新型的发电机来解决这一问题。本文介绍了一种新型的盘式无铁心永磁同步发电机,由于它本身具有许多特点,使得它可以在低风速下进行发电,使风力机的起动风速降低,低速性能更好,有更长的工作时间,从而产生更多的电能。作为一种结构特殊、性能卓越的发电机是一种理想的发电装置,具有极其广阔的应用前景。本文在盘式永磁同步发电机的基础上,为了降低起动阻转矩,利用稀土永磁材料钕铁硼高矫顽力的特点,将无铁心结构应用到其中,提出了一种省去定子铁心的双转子、单定子结构的盘式无铁心永磁同步发电机。为了提高电机每极下的主磁通和气隙磁密,提高永磁体的利用率,将90°Halbach阵列应用到电机中,提高了电机的性能。在电机的设计过程中离不开电机电磁场的计算。盘式永磁电机是轴向磁场电机,其磁路结构和电磁负荷分布不同于传统的圆柱式径向磁场电机,其磁场的叁维、开域分布决定很难用将叁维磁场化为二维磁场的方法进行计算。本文在盘式无铁心永磁同步发电机结构的基础上,对其建立叁维模型,用叁维有限元法计算叁维电磁场,分析计算结果,并总结其磁场的分布规律。盘式无铁心永磁同步电机与普通永磁电机有很多不同之处,与传统电机的电磁设计相比,许多方法已经不再适用了,本文在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上,结合盘式无铁心永磁同步发电机的特点,总结了盘式无铁心永磁同步发电机的电磁计算程序,并对样机的加工工艺进行了探讨。
参考文献：
[1]. 基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机的研究[D]. 杜静娟. 天津大学. 2006
[2]. 盘式无铁心永磁同步电机磁场分析及磁钢结构优化[D]. 闫杰. 天津大学. 2004
[3]. 基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电机的研究[D]. 王晓远. 沈阳工业大学. 2006
[4]. 基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机分析与计算[D]. 赵方. 天津大学. 2006
[5]. 基于PCB技术的盘式无铁心永磁同步电机研究[D]. 于海峰. 天津大学. 2014
[6]. 基于HALBACH阵列的盘式无铁心永磁同步电动机分析与计算[D]. 刘艳. 天津大学. 2004
[7]. 盘式无铁心永磁同步电机负载情况下的磁场分析及计算[D]. 郭雨. 天津大学. 2007
[8]. 轮毂盘式永磁同步电动机的设计与分析[D]. 陈静. 天津大学. 2010
[9]. 基于有限元法的盘式无铁心永磁同步电动机的参数计算[D]. 张晓文. 天津大学. 2007
[10]. 适用于低风速盘式永磁发电机的设计研究[D]. 刘嘉. 天津大学. 2009
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