軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、本文以新型軟磁復(fù)合材料為基礎(chǔ)，通過對現(xiàn)有軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)進(jìn)行研究，對具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的軟磁復(fù)合材料鐵芯電機(jī)進(jìn)行分析和比較，對軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)的設(shè)計方法進(jìn)行總結(jié)，提出了軟磁復(fù)合材料鐵芯電機(jī)的主要設(shè)計原則。對具有不同磁通路徑結(jié)構(gòu)的軟磁復(fù)合材料鐵芯電機(jī)進(jìn)行比較，本文表明了在不同的尺寸要求場合下有其各自適用類型的電機(jī)的結(jié)論。本文研究了多種軟磁復(fù)合材料鐵芯橫向磁通，爪極電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法。針對軟磁復(fù)合材料具有適用于設(shè)計低制造成

2、本電機(jī)的優(yōu)點，本文提出了六種使用鐵氧體永磁和軟磁復(fù)合材料鐵芯設(shè)計的同時具備低制造成本和低材料成本特點的新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文使用多物理場優(yōu)化設(shè)計方法和多層優(yōu)化設(shè)計方法對軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。本文對實驗室階段制造軟磁復(fù)合材料鐵芯的常用方法進(jìn)行了分析和比較，闡明了使用手動模模壓制造軟磁復(fù)合材料鐵芯的主要優(yōu)點及流程。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、本文提出軟磁復(fù)合材料鐵芯電機(jī)的主要設(shè)計原則。以軟磁復(fù)合材料和軟磁復(fù)合材料鐵芯

3、電機(jī)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及特點為基礎(chǔ)，定性分析和比較了五種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)，使用尺寸方程法推導(dǎo)了徑向磁通電機(jī)，軸向磁通電機(jī)和橫向磁通電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主要鐵芯尺寸的關(guān)系。使用有限元法定量分析和比較了軟磁復(fù)合材料鐵芯橫向磁通電機(jī)和爪極電機(jī)的磁場，電磁參數(shù)和電機(jī)性能。研究結(jié)果表明，在軸向長度直徑比較大的場合中，爪極電機(jī)具有最佳的性能；當(dāng)忽略電機(jī)的端部繞組時，軸向磁通電機(jī)和徑向磁通電機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩密度與電機(jī)鐵芯尺寸關(guān)系。

4、>　　2、本文對軟磁復(fù)合材料鐵芯爪極電機(jī)和橫向磁通電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制進(jìn)行了研究。首先闡述了永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)理，主要計算方法及主要抑制方法。通過使用傅里葉分析法，本文表明了偏移轉(zhuǎn)子永磁或者定子模塊一定的角度能夠有效抑制爪極電機(jī)和橫向磁通電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。針對軟磁復(fù)合材料鐵芯的爪極電機(jī)和橫向磁通電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，本文使用有限元法對多種能夠抑制其齒槽轉(zhuǎn)矩的其它方法進(jìn)行了優(yōu)化，并對優(yōu)化后的電機(jī)的電磁性能進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子磁極分

5、塊偏移法是最為有效的減小爪極電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。
　　3、本文對成本軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)徑向了研究。針對目前常使用稀土釹鐵硼永磁設(shè)計軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)使電機(jī)具有總體材料成本過高的缺點，本文提出了使用低成本鐵氧體永磁材料來設(shè)計軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)的新方法。就使用低成本鐵氧體永磁材料設(shè)計低成本軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)進(jìn)行了理論研究。本文比較了具有不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的內(nèi)轉(zhuǎn)子式軟磁復(fù)合材料鐵芯爪極電機(jī)的性能，提出并

6、研究了雙轉(zhuǎn)子聚磁式結(jié)構(gòu)軟磁復(fù)合材料鐵芯軸向磁通永磁電機(jī)、軸向磁通軟磁復(fù)合材料鐵芯爪極電機(jī)、三維橫向磁通磁通切換軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)、三維徑向磁通磁通切換軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)、三維軸徑向磁通軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)。研究結(jié)果表明，這六種使用鐵氧體永磁體設(shè)計的軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)的新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均具有較高的電機(jī)性能價格比。
　　4、本文對軟磁復(fù)合材料電機(jī)的新型優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。針對目前軟磁復(fù)合材料永磁電機(jī)優(yōu)化設(shè)計方法中

7、存在的一些不足，如僅對電磁性能進(jìn)行優(yōu)化和優(yōu)化所需時間較長的問題，本文提出了使用多物理場優(yōu)化方法和多層優(yōu)化方法對軟磁復(fù)合材料鐵芯永磁電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化以使得電機(jī)的優(yōu)化結(jié)果更符合實際需求。研究結(jié)果表明，本文提出的優(yōu)化算法很好的解決了上述問題。
　　5、本文對軟磁復(fù)合材料鐵芯的制造工藝進(jìn)行了研究。分析了軟磁復(fù)合材料鐵芯電機(jī)在商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中所用的自動模壓法及其相比硅鋼片鐵芯電機(jī)其所具備的優(yōu)點。分析了線切割法制造軟磁復(fù)合材料鐵芯的缺點，提出需