新型永磁游標(biāo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與分析研究.pdf

1、永磁游標(biāo)電機(jī)(PMVM)是一種基于磁通調(diào)制原理工作的新型低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)永磁同步電機(jī)(PMSM)，在風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電磁設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及低速大轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行深入研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本課題在深入研究聚磁式磁齒輪(MG)、磁齒輪電機(jī)(MGM)和分?jǐn)?shù)槽集中繞組PMVM基礎(chǔ)上，提出了一種具有高轉(zhuǎn)矩密度的新型聚磁式多齒分裂極集中繞組永磁游標(biāo)電機(jī)（FFMSCW-PMVM），研究了該電機(jī)

2、的一般設(shè)計(jì)方法與原則。分析了具有相同定子齒數(shù)的MSCW-PMVM與傳統(tǒng)FSCW-PMSM之間的電磁相似性，提出了MSCW-PMVM的“PMSM源電機(jī)”概念，并對(duì)源電機(jī)不平衡磁拉力(UMP)進(jìn)行了解析計(jì)算，進(jìn)而分析了電機(jī)參數(shù)對(duì)UMP的影響。制造了一臺(tái)功率為1kW的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明設(shè)計(jì)和分析方法的正確性。此外，針對(duì)MSCW-PMVM該類電機(jī)功率因數(shù)不高的缺點(diǎn)，提出了改善措施并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本課題的主要研究工作與成

3、果包括以下幾個(gè)方面:
　　首先，綜述了MGM和PMVM的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，闡述了PMVM應(yīng)用于低速直驅(qū)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。其次，從磁場(chǎng)調(diào)制的角度出發(fā)，將MG、MGM和PMVM三者磁場(chǎng)調(diào)制進(jìn)行統(tǒng)一表述，并給出了三者之間相互轉(zhuǎn)換時(shí)需滿足的條件，從族群角度解決了現(xiàn)有關(guān)于三者研究多為獨(dú)立分析或兩兩對(duì)比的不足，并進(jìn)行了有限元驗(yàn)證。
　　對(duì)現(xiàn)有MG結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比和歸納總結(jié)，提出了一種24/19/5組合（磁通調(diào)制極數(shù)、外定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁

4、極對(duì)數(shù)分別為24、19和5）混合永磁聚磁式MG拓?fù)?，其特征在于?nèi)轉(zhuǎn)子和磁通調(diào)制極均旋轉(zhuǎn)，對(duì)該MG進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化和矩角特性分析。此外，還提出了評(píng)價(jià)MG傳動(dòng)比設(shè)計(jì)優(yōu)劣的方法。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了其高轉(zhuǎn)矩密度特性。
　　對(duì)于具有相同定子齒數(shù)的MSCW-PMVM與FSCW-PMSM，通過對(duì)比分析空載磁場(chǎng)分布、繞組連接、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及齒槽轉(zhuǎn)矩等基本電磁特性，完成了二者電磁相似性分析。提出了MSCW-PMVM的“源電機(jī)”的概念，從而在設(shè)計(jì)和分

5、析該類電機(jī)電磁性能時(shí)可以通過研究其源電機(jī)的性能來快速預(yù)測(cè)。闡述了源電機(jī)UMP的產(chǎn)生原因，推導(dǎo)了其解析表達(dá)式，并與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，吻合程度較好。此外，還分析了電機(jī)主要參數(shù)對(duì)UMP的影響。
　　基于所設(shè)計(jì)的24/19/5聚磁式MG，提出、設(shè)計(jì)并優(yōu)化了一種FFMSCW-PMVM。推導(dǎo)了該電機(jī)的功率尺寸方程，并進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，最終確定了樣機(jī)的具體尺寸。建立了電機(jī)有限元分析模型，進(jìn)行了熱校核。計(jì)算了電機(jī)的空載磁場(chǎng)分布、氣隙磁密、空