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横向磁场开关磁阻电机的研究

作　者: 马晓光
导　师: 瞿遂春
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 横向磁场电机 开关磁阻电机 三维等效磁网络法 永磁屏蔽
分类号: TM352
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近十几年来,随着电力电子技术的发展、方波电机理论的深入研究和稀土永磁材料的应用,诞生出许多新型结构的特殊电机,电动车的兴起又进一步促进了高功率密度驱动电机的开发。在各种新型特种电机中,横向磁场电机(TFM)是近年来开始研究的一种新型结构的电机,由于其在转矩与功率密度方面具有得天独厚的优越性,以及灵活的结构设计,多样化的拓扑结构成为目前研究的热点。本文介绍了多种拓扑结构的横向磁场电机,分析了它们的工作原理和电磁关系,在此基础上提出了一种新型结构的横向磁场开关磁阻电机(Transverse flux switched reluctance motor,简称TFSRM),简化了电机结构复杂程度,并围绕该电机相关问题进行了一系列的研究工作。本文对样机进行了结构设计,提出了通过永久磁钢屏蔽漏磁通来提高电机转矩的新构想。应用三维等效磁网络法对有屏蔽和无屏蔽的两台样机的气隙磁场进行了计算和分析,研究了样机的主要尺寸对电机转矩的影响,并对电机的主要参数进行了优化。在理论分析与设计方法的基础上,对样机控制系统进行了设计,并对样机进行了系统仿真和样机实验,得出电机特性数据和曲线,验证了具有永磁屏蔽的横向磁场开关磁阻电机的理论分析与设计方法的可行性和有效性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 课题研究的目的与意义  8-9
  1.2 横向磁场电机的基本类型及基本原理  9-14
    1.2.1 横向磁场电机的基本原理  9-11
    1.2.2 横向磁场电机的基本类型及特点  11-14
  1.3 横向磁场电机的应用与发展状况  14-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-17
第二章 横向磁场开关磁阻电机样机结构设计  17-29
  2.1 三种不同结构的TFSRM 的比较  17-18
  2.2 TFSRM 样机总体结构设计  18-25
    2.2.1 定子冲片设计  20-21
    2.2.2 TFSRM 电机极数的选择  21
    2.2.3 相间定、转子的错位分析  21-22
    2.2.4 转子设计  22-24
    2.2.5 位置检测器的设计  24
    2.2.6 电枢绕组工艺处理  24-25
    2.2.7 电机冷却  25
  2.3 TFSRM 电机整体结构的特点  25
  2.4 TFSRM 电机的主要尺寸确定  25-27
  2.5 TFSRM 样机结构参数  27-28
  2.6 本章小节  28-29
第三章 TFSRM 样机磁场分析与参数计算  29-52
  3.1 三维等效磁网络法  29-37
    3.1.1 电磁场的基本方程  29-30
    3.1.2 磁网络单元磁导的计算  30-31
    3.1.3 永磁体的磁导、磁势计算  31-34
    3.1.4 电流源的等效磁动势  34-36
    3.1.5 网络方程的建立  36-37
  3.2 TFSRM 电机三维有限元模型的建立  37-38
  3.3 TFSRM 样机气隙磁场分析  38-45
    3.3.1 无屏蔽TFSRM 样机气隙磁场分析  38-41
    3.3.2 有屏蔽TFSRM 样机气隙磁场分析  41-45
  3.4 TFSRM 电机主要参数计算及分析  45-47
    3.4.1 TFSRM 电机线圈匝数、电感的计算  45-47
    3.4.2 TFSRM 电机空载反电势的计算  47
  3.5 TFSRM 电机主要尺寸参数对电机性能影响的分析  47-50
    3.5.1 极距τp 对电磁力的影响  47-48
    3.5.2 定子铁心厚度WS 对电磁转矩的影响  48-49
    3.5.3 气隙长度对电磁转矩的影响  49-50
  3.6 本章小结  50-52
第四章 TFSRM 样机控制系统设计  52-63
  4.1 TFSRM 电机数学模型及其转矩控制原理  52-53
  4.2 TFSRM 电机控制系统设计  53-61
    4.2.1 功率变换器主电路设计  54-55
    4.2.2 位置检测  55-57
    4.2.3 转速控制及PWM 调压调速电路的设计  57-60
    4.2.4 TFSRM 电机正、反转控制  60-61
  4.3 本章小结  61-63
第五章 样机仿真实验  63-70
  5.1 TFSRM 电机模型  63-64
  5.2 功率变换器模型  64-65
  5.3 其他控制器模型  65
  5.4 TFSRM 电机系统仿真与结果分析  65-66
  5.5 TFSRM 样机实验  66-70
    5.5.1 实验内容  66
    5.5.2 实验装置及实验设备  66-67
    5.5.3 TFSRM 样机矩角特性实验  67-68
    5.5.4 TFSRM 样机的机械特性实验  68-70
第六章 总结  70-72
参考文献  72-75
附录1 攻读学位期间主要的研究成果  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 磁阻电机
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