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      《江苏大学》 2019年
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      初级永磁型直线电机的磁场调制机理与拓扑结构研究

      卞芳方  
      【摘要】:为实现节能环保,高层建筑和公共交通逐渐普及。其中,轨道运输系统是高层建筑和公共交通中必不可少的设备,直线牵引电机作为轨道运输的主要驱动部件之一,因其效率高、定位精准、结构简单及体积小等优点受到了国内外学者的广泛关注。为解决现有直线电机的推力密度和可靠性低等问题,本文将磁场调制原理引入到初级型永磁直线电机,简称该类电机为磁场调制永磁直线电机(Flux-Modulation Permanent Magnet Linear,FMPML),利用磁场调制效应,提高电机绕组磁通变化率,增大反电势,提升电机推力性能。基于磁动势和磁导模型,分析FMPML电机的工作原理和拓扑结构,总结FMPML电机的基本设计方法;研究FMPML电机调制比和槽极数对电磁性能的影响;提出高推力密度和高可靠性的环形绕组FMPML电机和高功率因数FMPML电机的拓扑结构,采用有限元对环形绕组FMPML电机和高功率因数FMPML电机电磁性能进行分析,揭示高功率因数FMPML电机功率因数高的机理;搭建FMPML电机的实验平台,开展实验研究。研究成果具体可以分为以下几个方面:1.基于磁动势磁导模型,解析FMPML电机基本结构的气隙磁密,分析FMPML电机的运行原理,揭示磁场调制效应能够提升电机推力性能的实质;通过推导电机功率尺寸方程、电磁推力方程和齿槽定位力方程确定能显著影响电机推力性能的关键参数,为FMPML电机的设计与优化提供理论依据。2.提出具有不同永磁体尺寸比例和充磁方向的新型半Halbach阵列结构,分析比较不同阵列结构对FMPML电机气隙磁密中工作波的影响,揭示不同阵列结构影响电机反电势、推力密度、脉动、定位力等电磁性能的机理;确定较优半Halbach阵列结构的参数,对这些阵列结构进行退磁分析,保证所设计FMPML电机的安全性和可靠性。3.研究关键参数中的调制比和槽极数对FMPML电机性能的影响,分析比较不同调制比和槽极数下FMPML电机的反电势、推力密度、损耗及推力与损耗比等方面的电磁性能,确定电机的最佳调制比值范围和最优槽极数;用多目标优化方法对电机齿槽结构参数进行优化,确定电机优化方案,为高推力密度和高可靠性FMPML电机的优化设计进一步提供合理参考。4.提出环形绕组FMPML电机和高功率因数FMPML电机拓扑结构。分析环形绕组FMPML电机空载磁场分布,阐述FMPML电机中环形绕组的构思及由来,比较不同极对数下的环形绕组FMPML电机电磁性能;研究环形绕组FMPML电机功率因数低的原因,分析高功率因数FMPML电机的空载磁场分布,揭示高功率因数FMPML电机高功率因数的机理,总结高功率因数FMPML电机电磁性能,同时为电机的数学模型和电机系统的建立提供必要参数。5.建立FMPML电机三相静止坐标系和dq坐标系的数学模型。研究电机的矢量控制原理,基于FMPML电机控制系统框架,建立仿真模型,分析id=0控制方法的动态性能,验证控制电机系统的可行性。6.确定电机样机方案,分别加工制造1台36/42模块化FMPML样机和1台36/20高功率因数FMPML电机的实验样机,搭建实验测试平台,进行实验研究,实测36/42模块化FMPML样机空载反电势、电阻、电感和推力以及36/20高功率因数FMPML样机的空载反电势和推力,并将这些实测数据与仿真数据对比分析,验证FMPML电机设计和优化的正确性。
      【学位授予单位】:江苏大学
      【学位级别】:博士
      【学位授予年份】:2019
      【分类号】:TM359.4

      【参考文献】
      中国期刊全文数据库 前8条
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      2 朱洒;程明;李祥林;李顺;;新型外转子低速直驱永磁游标电机的损耗[J];电工技术学报;2015年02期
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      4 李祥林;程明;邹国棠;李顺;;聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性[J];电工技术学报;2014年11期
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      【共引文献】
      中国期刊全文数据库 前10条
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      【二级参考文献】
      中国期刊全文数据库 前10条
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      4 卢琴芬;程传莹;叶云岳;方攸同;;每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究[J];中国电机工程学报;2012年36期
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