【摘 要】
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随着科学技术的发展和能源问题的日益加剧,世界各国加大对新能源技术的支持,电机驱动是一种无污染、可靠性高、效率高的清洁动力,轴向磁通永磁电机（AFPMM）的气隙呈平面盘形,磁场沿轴向分布,具有结构紧凑、功率和转矩密度高、轴向尺寸短等优点,在航空航天、电动汽车、风力发电、飞轮储能等领域具有广阔的应用前景。本课题结合交替极（CP）结构和AFPMM的优点,提出一种轴向磁通交替极永磁电机（AFCPMM）,在
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随着科学技术的发展和能源问题的日益加剧,世界各国加大对新能源技术的支持,电机驱动是一种无污染、可靠性高、效率高的清洁动力,轴向磁通永磁电机（AFPMM）的气隙呈平面盘形,磁场沿轴向分布,具有结构紧凑、功率和转矩密度高、轴向尺寸短等优点,在航空航天、电动汽车、风力发电、飞轮储能等领域具有广阔的应用前景。本课题结合交替极（CP）结构和AFPMM的优点,提出一种轴向磁通交替极永磁电机（AFCPMM）,在AFCPMM满足基本输出要求的前提下,提高其永磁体利用率,降低电机成本。同时,电磁振动噪声是永磁电机的突出问题,本文围绕AFCPMM的电磁力波引起的振动噪声问题展开研究,主要内容有:首先,介绍AFCPMM的拓扑结构与运行机理,根据此类电机的结构特征,选择双定子单转子结构为研究对象,提出四种CP转子结构,通过磁路与气隙磁密分析选择合理的CP转子结构。根据新型电机结构,推导此类电机的电磁功率和输出转矩设计方程,确定定转子、永磁体的基本尺寸,选择各部件的材料,初步确定电机的结构参数。其次,利用Ansys Maxwell软件建立了电机的三维和等效二维有限元模型,对比两种方法在计算上的差异,分析了AFCPM电机与普通电机的气隙磁场、永磁磁链、感应电动势、齿槽转矩、输出转矩等电磁性能,并对AFCPMM的铁心损耗、绕组铜耗、永磁体涡流损耗等特性进行了研究。最后,基于麦克斯韦应力张量法理论,分析轴向电磁力波对电机振动的影响,给出了不同来源的轴向电磁力波的阶次与频率,分析不同阶数电磁力波的振动响应。使用单变量分析法选取了4个结构参数作为优化变量,将轴向电磁力和转矩性能作为优化目标,基于拉丁超立方抽样和克里金法构建响应面模型,应用多目标遗传算法寻找最优解,通过有限元进行验证。使用Ansys Workbench平台进行模态分析确定定子与整机的固有频率与振型,研究定子轭厚对固有频率的影响,之后进行多物理场仿真,得出电机谐响应与噪声的分析结果。
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