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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。

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

圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机的研究

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