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

1、目前，隨著生活品質(zhì)的不斷提高和環(huán)境問題的持續(xù)升溫，為了獲得更高的傳動性能，滿足風力發(fā)電、電動汽車、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)動技術(shù)逐漸進入了電力驅(qū)動行業(yè)的視線。近年來，有學者提出了一種新型磁齒輪復(fù)合電機，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度的“偽”直接驅(qū)動。該類型復(fù)合電機通過將磁場調(diào)制式永磁齒輪的內(nèi)轉(zhuǎn)子與永磁電機外轉(zhuǎn)子合并，在實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩輸出的同時省卻了傳動系統(tǒng)的齒輪變速裝置，因此具有良好的應(yīng)用前景。磁場調(diào)制式永磁齒輪和磁齒輪復(fù)合電機的作

2、用原理是基于調(diào)制作用，但是調(diào)制后的磁場中除了有產(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)合電機不同于一般永磁電機的損耗特性。磁齒輪復(fù)合電機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)計中需要重點考慮。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也為電機冷卻系統(tǒng)設(shè)計增加了困難，進一步提高了永磁體因過熱出現(xiàn)不可逆退磁的可能，降低復(fù)合電機的可靠性和使用壽命。因此，對磁齒輪復(fù)合電機損耗特性進行研究，并以減小損耗為目的進行優(yōu)化設(shè)計具

3、有非常重要的理論意義和實際價值。
　　本文通過對調(diào)制作用原理的闡述，分析了復(fù)合電機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)子改進型結(jié)構(gòu)，為磁場調(diào)制式磁性齒輪和磁齒輪復(fù)合電機的性能優(yōu)化提供了新的設(shè)計思路。
　　本文基于以上主要問題開展了如下的一些基本工作，獲得了一些有價值的結(jié)論：
　　1.通過解析法詳細分析了內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體磁場經(jīng)過調(diào)制作用以后的空間分布，對磁場調(diào)

4、制式永磁齒輪的運行原理進行了闡述，并總結(jié)了氣隙磁場產(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)生機理，給出了復(fù)合電機損耗的計算模型，并對各部分的損耗進行了計算和對比。從磁齒

5、輪復(fù)合電機的整機損耗出發(fā)，分析了內(nèi)轉(zhuǎn)子和內(nèi)嵌電機磁場耦合對損耗的影響。
　　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，并對比分析了調(diào)制環(huán)形狀對損耗特性的影響。
　　4.基于抑制內(nèi)轉(zhuǎn)子無用諧波以減小外轉(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削弱無用諧波的作用，最后通過對損耗仿真結(jié)果的對比驗證了新型外