轴向磁场磁通切换记忆电机的基础研究

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传统永磁电机多数采用钕铁硼(NdFeB)永磁体,然而NdFeB永磁体的固有特性使得传统永磁电机调磁困难,很难兼顾恒转矩区的大转矩输出和恒功率区宽调速能力,其应用场合受到了一定的限制。为了提升永磁电机的调磁特性,一类采用低矫顽力永磁材料的记忆电机(Memory Machine,MM)应运而生,这类电机可以通过施加电流脉冲直接调节永磁体的磁化水平,进而拓宽了电机调速范围,使其在电动汽车和风力发电等领域具有广阔的应用前景。本文在分析MM和轴向磁场电机(AxialFieldMachine,AFM)国内外研究现状的基础上,将磁通切换型记忆电机与轴向磁场电机相结合,提出了三种新型拓扑结构的轴向磁场磁通切换型记忆电机(AFSFMM)。该电机既有记忆电机高效调磁和调速范围宽的特点,又具有AFM转矩密度高的优势。本文以AFSFMM为研究对象,对其结构特点、工作原理、电磁特性、数学模型和控制方法进行了研究。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)介绍了 MM中记忆永磁体(例如铝镍钴)的调磁机理,并针对MM和AFM的发展现状进行了概述,简单介绍了各电机的拓扑结构和工作原理;(2)在结合AFM、磁通切换电机和MM优势的基础上,提出了三种新型AFSFMM的拓扑结构,分析了其结构特点与运行原理;(3)建立了三种AFSFMM的3D有限元模型,通过有限元法对比分析了三种拓扑结构的电磁特性;(4)针对3D有限元方法耗时较长的问题,引入准3D分析方法。对比分析准3D与3D有限元仿真计算得到的电磁特性,验证了准3D分析方法应用于AFSFMM的快速计算和设计优化的可行性;(5)介绍了 AFSFMM的基本数学模型和控制策略,基于MATLAB/Simulink搭建了电机驱动调磁控制电路,并对电机的带载调磁能力等进行了仿真研究。
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