容錯(cuò)磁齒輪復(fù)合電機(jī)損耗特性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、目前，隨著生活品質(zhì)的不斷提高和環(huán)境問(wèn)題的持續(xù)升溫，為了獲得更高的傳動(dòng)性能，滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、潮汐發(fā)電等新能源領(lǐng)域?qū)Φ退俅筠D(zhuǎn)矩的要求，直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐漸進(jìn)入了電力驅(qū)動(dòng)行業(yè)的視線(xiàn)。近年來(lái)，有學(xué)者提出了一種新型磁齒輪復(fù)合電機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度的“偽”直接驅(qū)動(dòng)。該類(lèi)型復(fù)合電機(jī)通過(guò)將磁場(chǎng)調(diào)制式永磁齒輪的內(nèi)轉(zhuǎn)子與永磁電機(jī)外轉(zhuǎn)子合并，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩輸出的同時(shí)省卻了傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪變速裝置，因此具有良好的應(yīng)用前景。磁場(chǎng)調(diào)制式永磁齒輪和磁齒輪復(fù)合電機(jī)的作

2、用原理是基于調(diào)制作用，但是調(diào)制后的磁場(chǎng)中除了有產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩的諧波成分外還有大量的造成損耗的諧波成分，如此導(dǎo)致了磁齒輪復(fù)合電機(jī)不同于一般永磁電機(jī)的損耗特性。磁齒輪復(fù)合電機(jī)具有三層磁極和鐵心結(jié)構(gòu)，使得永磁體的渦流損耗和鐵心損耗在電磁設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也為電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加了困難，進(jìn)一步提高了永磁體因過(guò)熱出現(xiàn)不可逆退磁的可能，降低復(fù)合電機(jī)的可靠性和使用壽命。因此，對(duì)磁齒輪復(fù)合電機(jī)損耗特性進(jìn)行研究，并以減小損耗為目的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具

3、有非常重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
　　本文通過(guò)對(duì)調(diào)制作用原理的闡述，分析了復(fù)合電機(jī)額定工況下的損耗特性，研究了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子損耗的空間諧波成分構(gòu)成，并基于損耗特性的分析提出了一種新型的外轉(zhuǎn)子改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，為磁場(chǎng)調(diào)制式磁性齒輪和磁齒輪復(fù)合電機(jī)的性能優(yōu)化提供了新的設(shè)計(jì)思路。
　　本文基于以上主要問(wèn)題開(kāi)展了如下的一些基本工作，獲得了一些有價(jià)值的結(jié)論：
　　1.通過(guò)解析法詳細(xì)分析了內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)調(diào)制作用以后的空間分布，對(duì)磁場(chǎng)調(diào)

4、制式永磁齒輪的運(yùn)行原理進(jìn)行了闡述，并總結(jié)了氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩的諧波成分。利用有限元仿真軟件證明了解析法關(guān)于調(diào)制作用分析的正確性。
　　2.從永磁齒輪結(jié)構(gòu)的原理分析，總結(jié)了內(nèi)外層氣隙產(chǎn)生轉(zhuǎn)子損耗的諧波成分，得到永磁體的非正弦分布是造成另一側(cè)轉(zhuǎn)子損耗主要原因的結(jié)論，為下文關(guān)于復(fù)合電機(jī)減小損耗提高效率的優(yōu)化方案提供了理論依據(jù)。根據(jù)鐵心損耗和永磁體渦流損耗的產(chǎn)生機(jī)理，給出了復(fù)合電機(jī)損耗的計(jì)算模型，并對(duì)各部分的損耗進(jìn)行了計(jì)算和對(duì)比。從磁齒

5、輪復(fù)合電機(jī)的整機(jī)損耗出發(fā)，分析了內(nèi)轉(zhuǎn)子和內(nèi)嵌電機(jī)磁場(chǎng)耦合對(duì)損耗的影響。
　　3.基于永磁齒輪結(jié)構(gòu)損耗特性的分析，提出了幾種減小損耗的方案。通過(guò)永磁體分段和單極性結(jié)構(gòu)的方法降低了轉(zhuǎn)子損耗，并對(duì)比分析了調(diào)制環(huán)形狀對(duì)損耗特性的影響。
　　4.基于抑制內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)用諧波以減小外轉(zhuǎn)子渦流損耗的分析，創(chuàng)新性的提出了一種永磁齒輪新型外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，利用空間磁導(dǎo)的1D模型論證了磁障的引入對(duì)削弱無(wú)用諧波的作用，最后通過(guò)對(duì)損耗仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了新型外