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圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机的研究
作 者: 闫海媛
导 师: 郑萍
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电机与电器
关键词: 横向磁通 直线电机 漏磁 功率因数 力密度
分类号: TM359.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
本文提出一种新结构的横向磁通永磁直线电机(TFPLM),该电机应用在混合动力汽车上的自由活塞式内燃电机系统中。其主要优势为:一、该电机能够满足自由活塞式内燃电机系统低速、大推力的要求;二、该电机与内燃机整合可以获得很高的效率,同时利于环境的保护;三、该电机解决了当今横向磁通永磁电机(TFPM)功率因数低、结构工艺复杂的难题。首先,在对Z式TFPLM漏磁较大的原因进行深入分析的基础上,提出一种新结构的圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机,并具体提出轴向三相和周向三相两种结构;分析了这种电机的工作原理。其次,为简化计算复杂性和节省计算时间,建立了圆筒型无重叠式TFPLM两种结构的简化有限元模型;漏磁系数作为TFPM的重要参数,首先优化了定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数以获得最优漏磁系数;两种结构电机的漏磁系数与Z式TFPLM漏磁系数的对比结果显示:相邻定子极铁心齿部无重叠在减小电枢纵向漏磁上的效果显著;通过两种结构电机的空载性能和负载性能的对比分析,结果显示轴向三相结构具有更大的优势。再次,以圆筒型无重叠式TFPLM推力波动分析为基础,以功率因数和力密度与结构参数关系式为指导,以电机的两个结构参数:定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数为优化目标,通过有限元方法,获得电机的最佳空载性能和负载性能,最终确定了定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数。最后,研究了提高力密度和提高功率因数之间的制约关系;研究了匝数与轴向长度的配合、气隙长度与轴向长度的配合、及相邻定子极铁心齿部重叠面积等因素对上述性能的影响规律,并得到一台效率大于0.88,电机功率因数达到0.52,力密度达到2.17×10~5N/m~3的电机方案。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-24 1.1 课题来源及研究的目的和意义 10-11 1.2 国内外研究现状 11-19 1.2.1 横向磁通永磁电机的工作原理 11-12 1.2.2 横向磁通永磁电机的国外研究现状 12-16 1.2.3 横向磁通永磁电机的国内研究现状 16-19 1.3 横向磁通永磁电机的优势及技术难点分析 19-22 1.3.1 横向磁通永磁电机的优势分析 19-21 1.3.2 横向磁通永磁电机的技术难点分析 21-22 1.4 本文主要研究内容 22-24 第2章 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机的结构和工作原理 24-38 2.1 引言 24-25 2.2 Z 式横向磁通永磁直线电机漏磁分析 25-31 2.3 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机的提出 31-35 2.3.1 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机轴向三相结构 32-33 2.3.2 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机周向三相结构 33-35 2.4 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机的工作原理 35-36 2.5 本章小结 36-38 第3章 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机两种结构的对比分析 38-53 3.1 引言 38 3.2 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机有限元模型的建立 38-41 3.3 漏磁系数的对比 41-49 3.3.1 轴向三相结构电机的漏磁系数 41-45 3.3.2 周向三相结构电机的漏磁系数 45-48 3.3.3 圆筒型无重叠式与Z 式横向磁通永磁直线电机漏磁系数对比 48-49 3.4 空载反电势及定位力的对比 49-50 3.5 推力波动、功率因数、力密度的对比 50-52 3.6 本章小结 52-53 第4章 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机结构参数的优化 53-63 4.1 推力波动分析 53-54 4.2 功率因数、力密度解析式推导 54-56 4.3 定子长齿铁心轴向厚度的优化 56-59 4.3.1 定子长齿铁心轴向厚度对空载性能的影响 56-57 4.3.2 定子长齿铁心轴向厚度对负载性能的影响 57-59 4.4 极弧系数的优化 59-61 4.4.1 极弧系数对空载性能的影响 59-60 4.4.2 极弧系数对负载性能的影响 60-61 4.5 本章小结 61-63 第5章 圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机关键技术研究 63-77 5.1 横向磁通永磁直线电机提高力密度的技术 63-65 5.1.1 增加磁通 63-64 5.1.2 增加电枢电流 64-65 5.1.3 增加匝数 65 5.2 横向磁通永磁直线电机提高力密度技术对功率因数的影响 65-66 5.3 绕组匝数与极数的不同配合 66-67 5.4 气隙长度与极数的不同配合 67-69 5.5 相邻定子极铁心齿部重叠面积的优化 69-72 5.6 电机损耗及效率分析 72-75 5.6.1 电机损耗来源分析 72 5.6.2 铜耗计算 72-73 5.6.3 铁耗计算 73-75 5.6.4 电机效率计算 75 5.7 本章小结 75-77 结论 77-78 参考文献 78-83 攻读学位期间发表的学术论文及专利 83-85 致谢 85
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 直线电机
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