軟磁復合材料鐵芯永磁電機新型拓撲結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設計研究.pdf

1、本文以新型軟磁復合材料為基礎，通過對現(xiàn)有軟磁復合材料鐵芯永磁電機進行研究，對具有不同拓撲結(jié)構(gòu)的軟磁復合材料鐵芯電機進行分析和比較，對軟磁復合材料鐵芯永磁電機的設計方法進行總結(jié)，提出了軟磁復合材料鐵芯電機的主要設計原則。對具有不同磁通路徑結(jié)構(gòu)的軟磁復合材料鐵芯電機進行比較，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的結(jié)論。本文研究了多種軟磁復合材料鐵芯橫向磁通，爪極電機的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法。針對軟磁復合材料具有適用于設計低制造成

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

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

4、>　　2、本文對軟磁復合材料鐵芯爪極電機和橫向磁通電機的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制進行了研究。首先闡述了永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機理，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和橫向磁通電機的齒槽轉(zhuǎn)矩。針對軟磁復合材料鐵芯的爪極電機和橫向磁通電機的結(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)矩的其它方法進行了優(yōu)化，并對優(yōu)化后的電機的電磁性能進行了比較。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的齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。
　　3、本文對成本軟磁復合材料鐵芯永磁電機的新型拓撲結(jié)構(gòu)徑向了研究。針對目前常使用稀土釹鐵硼永磁設計軟磁復合材料鐵芯永磁電機使電機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計軟磁復合材料鐵芯永磁電機的新方法。就使用低成本鐵氧體永磁材料設計低成本軟磁復合材料鐵芯永磁電機進行了理論研究。本文比較了具有不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的內(nèi)轉(zhuǎn)子式軟磁復合材料鐵芯爪極電機的性能，提出并

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

7、存在的一些不足，如僅對電磁性能進行優(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)化方法對軟磁復合材料鐵芯永磁電機進行優(yōu)化以使得電機的優(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、本文對軟磁復合材料鐵芯的制造工藝進行了研究。分析了軟磁復合材料鐵芯電機在商業(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其所具備的優(yōu)點。分析了線切割法制造軟磁復合材料鐵芯的缺點，提出需