轴向磁通永磁同步发电机的研究
新型轴向磁场磁通切换型永磁同步风力发电机设计的开题报告
新型轴向磁场磁通切换型永磁同步风力发电机设计的开题报告一、选题背景随着环保理念逐渐普及和可再生能源的不断发展，风力发电作为一种清洁、可持续、高效的能源形式受到越来越多的关注和重视。
而风力发电机作为风力发电系统的核心设备之一，其性能和效率对整个风力发电系统的运行起着至关重要的作用。
目前，永磁同步发电机已经成为风力发电机中最常用的发电机类型之一。
与传统的感应发电机相比，永磁同步发电机具有体积小、重量轻、效率高等优点，在风力发电机领域的应用也越来越广泛。
然而，传统的永磁同步发电机存在一些缺点，如电磁兼容性差、容易产生高次谐波等问题，这限制了其在实际应用中的发挥。
因此，研究和设计新型的永磁同步发电机是十分必要的。
二、研究内容本文选取了一种新型的轴向磁场磁通切换型永磁同步风力发电机作为研究对象。
该发电机采用了磁通切换技术，可以有效地降低高次谐波分量，提高电磁兼容性和系统稳定性。
本研究将从以下几方面进行探究：1. 通过数学建模和仿真，分析新型发电机的机电特性，如转矩、转速、功率等参数；2. 设计并优化发电机的结构和参数，以提高发电机的效率和性能；3. 进行实验验证，验证仿真结果的准确性和可行性，同时对新型发电机进行性能测试和评估。
三、研究意义本研究的主要意义在于为风力发电领域的永磁同步发电机的发展提供新思路和新方法，以及提高发电机的效率和性能，进一步推动风电行业的发展。
此外，研究结果还具有一定的指导意义，可为发电机设计和优化提供参考。
四、研究方法本研究主要采用理论分析和实验验证相结合的方法。
首先，通过建立数学模型和进行仿真，分析新型发电机的机电特性和性能；然后，通过相关实验进行验证，检验仿真结果的准确性和可行性。
五、进度安排第一年：文献调研、数学建模和仿真分析、参数设计和优化等工作；第二年：实验设计、实验测试、结果分析等工作；第三年：结果总结与撰写论文、开展论文答辩等工作。
六、预期成果通过本研究，预计可以得到以下成果：1. 对新型轴向磁场磁通切换型永磁同步风力发电机的机电特性进行深入分析，包括转矩、转速、功率等参数；2. 优化和设计新型发电机的结构和参数，提高其效率和性能；3. 通过实验验证和测试，检验仿真结果的准确性和可行性；4. 提供指导意义和启发性的结论，为风力发电领域的永磁同步发电机的发展提供参考。
转子分段斜极的永磁同步电机轴向磁力的研究
转子分段斜极的永磁同步电机轴向磁力的研究
金孟加;费伟中;沈建新
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2013(028)011
【摘要】转子分段斜极技术广泛用于永磁交流电机中,以削弱转矩脉动和机械振动.本文采用三维有限元分析方法,详细分析永磁交流电机由于采用转子分段斜极而产生的轴向不平衡磁力.分析结果表明,铁心轴向长度及定子径向通风道对轴向磁力的影响很小,而转子斜极的分段数、电枢电流的大小与相位角对轴向磁力的平均值及峰峰值都有较大影响.
【总页数】9页(P19-27)
【作者】金孟加;费伟中;沈建新
【作者单位】浙江大学电气工程学院杭州 310027;浙江大学电气工程学院杭州310027;克兰菲尔德大学离岸、加工与能源工程系克兰菲尔德 MK43 0AL英国;浙江大学电气工程学院杭州 310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM301
【相关文献】
1.转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响 [J], 徐珂; 应红亮; 黄苏融; 张琪
2.转子不同方式分段斜极对永磁同步电机噪声的影响 [J], 范庆锋;王光晨
3.转子分段斜极永磁同步电机电磁振动噪声研究 [J], 王玉娟;王华强
4.转子分段移位斜极的永磁同步电机轴向电磁力分析 [J], 林浩;张琪;黄苏融
5.转子磁极分段移位斜极对永磁同步电机转矩的影响 [J], 胡启国;吴明钦
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永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究
永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。
本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。
关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。
电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。
本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。
1永磁同步电机概述1.1永磁同步电机的特点所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。
而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。
与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。
随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。
永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。
1.2永磁同步电机的工作原理在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。
根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。
现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什么关系了。
直驱轴向磁场永磁同步风力发电机的设计
能优 良， 行可靠 ， 运 易维 护 、 效率高 等． 由于稀 土永磁 材料、 电力 电子技术 和数 值计算 技术 的发 展 ， 磁 同 永
步 发 电 机 最 近 在 风 能 转 换 系 统 中 获 得 了 广 泛 的 应
１ 轴 向磁 场 永 磁 同步 发 电机 结构 特 点
摘 要 ：当电机 极数 足够 多， 电机 轴 向长度 与外径 的 比率足 够 小时 ， 向磁 场 电机 的转矩 和功率 密度 比 轴 传统径 向磁 场 电机 大． 另外 ， 向磁 场永磁 电机还 有许 多其 它优 点 ， 结 构 简单 ， 向 长度短 ， 轴 如 轴 节约材 料 等， 因此 轴向磁 场永磁 同步发 电机 特 别适合 于直驱 风 能转 换和 电动 车应 用场合． 阐述 轴 向磁 场永磁 同步
众 所周知 ， 如果 电机 的极数 足够 多 ， 向长度 与 轴 外 径 的比率足 够 小 时 ， 向磁 场 永 磁 （ Ｐ 电机 轴 ＡＦ Ｍ） 的转矩 和功率密 度 比传 统径 向磁 场永 磁 （ Ｆ Ｍ） Ｒ Ｐ 电 机 大雎 ． 向磁 场永 磁 电机还具 有结 构紧 凑 、 动惯 ］轴 转
可 以做 成多定 子 、 转子 的多气 隙结 构 ， 多 以提 高输 出
功率． 因此轴 向永磁 同步 发 电机 特 别 适 合 应用 于 风 能转换 和电动 车辆场合 ．
由于轴 向磁 场 电机 的结构 不 同于传 统径 向磁 场
的， 因此简称 为 Ｎ （ Ｓ方 案 ）Ｔｏｕ —Ｓ 开槽 ） ＳＮ ｒｓ （ 型．
量小 ， 节约材 料 ， 子 绕组 散热 条 件 良好 的优 点 ， 定 还
对 于有 三 个 盘 的轴 向磁 场 电机 ， 以形 成 两种 可
不 同 的磁 路 方案 ， 即所 谓 的 ＮＳ方案 ， 子两边 的正 定
高效率轴向磁场永磁同步发电机节能技术研究
电机系统节能___-I L口同效率轴向磁场永磁同步发电机节能技术研究吴海鹰田军郝清亮(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要提出了一种高效率轴向磁场永磁同步发电机结构。
分析了其运行原理，并进行了电磁设计与仿真计算。
对磁极形状进行了优化设计，得到了正弦度高的相反电势和负载相电流波形，并从多方面研究轴向磁场永磁同步发电机的节能技术，着重研究了减小电机铁心损耗技术，提高了电机的效率。
并设计制造了样机，试验结果验证了文中提出的节能技术正确可行。
关键词：轴向磁场；正弦波永磁同步电机；表面式磁极结构；优化设计；三维场路耦合分析St udi es of E ner gy Savi ng T echni que of t he H i ghEf fi ci ent A xi al F l ux PM Synchr onous G ener at orW u H ai y i ng l i an J un H ao Q i ngl i ang(C SI C N O．712I ns t i t ut e，W uhan430064)A bs t r act Thi s pap er pr e sent s t he st r uct ur e of t he H i gh Efnci en t A xi al Fl U X PM s ynchr onousge ner at or．I t do es r es ea r ch on El ect r om agnet i c D es i gn and num eri cal c al cul a t i on bas e on t he ope r at i on pr i nci pl e of t he A xi al Fl u x P M s ynchr onous gener a t or．B y m ai ns of opt i m i zat i o n des i gn of t he m agnet i c pol e sha pe，t he A xi al Fl ux P M s ynchr onous gene ra t or gi ves hi ghl y si nusoi dal no—l o ad back e m f and l oadi ng phas e cur r ent．I t st udi e s t he E ner gy Sav i ng t echni q ue f r om var i ous w a ys，s pe ci a l l y s t u dyi ng t he R edu ci ng t he i r on Loss i n t he l am i nat i on．A s am pl e w as des i gned and m ade，usi ng t hi s ki n d of m et hod．Th e r esu l t ve r i f i e s t ha t t hi s ki nd of E ner gy Sav i ng t echni q ue i s appl i cabl e．K ey w or ds：A xi al Fl ux：s i nus oi d PM s ynchr onous gener a t or；sur fa ce t y pe m ag net i zat i on s t r uct ur e；opt i m i z at i on des i gn：t hr ee—di m e ns i onal ci r c ui t-f i el d coup l ed m e t hod1引言能源短缺是当今世界面临的重要问题，而节能技术越来越受到国内外学者的重视。
轴向永磁电机及其研究发展综述
轴向永磁电机及其研究发展综述一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，电机作为转换电能为机械能的装置，其性能与效率的提升一直是工业界和学术界关注的焦点。
轴向永磁电机（Axial Flux Permanent Magnet Machines，AFPM）作为一种新型的电机结构，其独特的设计和优异的性能使其在众多应用领域展现出广阔的前景。
本文旨在对轴向永磁电机及其研究发展进行综述，以期为相关领域的研究人员和实践者提供有益的参考和启示。
本文将简要介绍轴向永磁电机的基本结构和工作原理，帮助读者理解其独特的设计特点和优势。
本文将重点回顾轴向永磁电机的发展历程，分析其在不同阶段的技术进步和创新点。
接着，本文将探讨轴向永磁电机在不同应用领域中的实际应用情况，包括但不限于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。
本文还将对轴向永磁电机的性能评估与优化方法进行讨论，分析现有研究在提高效率、降低损耗、增强可靠性等方面的主要成果和挑战。
本文将展望轴向永磁电机未来的研究和发展趋势，探讨其在新材料、新工艺、新控制策略等方面的创新潜力，以期推动轴向永磁电机技术的不断进步和应用拓展。
通过本文的综述，希望能为轴向永磁电机的进一步研究和发展提供有益的借鉴和指导。
二、轴向永磁电机的基本原理与结构轴向永磁电机（Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor, AFPMSM）是一种新型的电机设计，其特点在于磁通路径沿轴向分布，与传统径向磁通电机相比，具有更高的功率密度和效率。
其基本原理和结构如下所述。
轴向永磁电机的基本原理基于电磁感应和永磁体的磁化效应。
电机中的永磁体产生恒定的磁场，当电机通电时，电流在电机绕组中流动，产生电磁场。
这个电磁场与永磁体产生的磁场相互作用，产生转矩，从而驱动电机的旋转。
在轴向永磁电机中，磁场的方向沿轴向，因此电机的转矩也是沿轴向的。
（1）轴向磁路设计：电机采用轴向磁路设计，即磁通从电机的一端穿过电机内部到达另一端。
轴向磁通永磁同步电机转矩解析模型和转矩优化
轴向磁通永磁同步电机转矩解析模型和转矩优化左曙光;吴双龙;吴旭东;沈健;林福【摘要】轴向磁通永磁同步电机的电磁场呈三维分布,其转矩的精确建模和优化通常需要采用三维有限元方法,但这非常耗时.提出一种转矩解析计算模型,并基于该模型对轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化.首先,通过磁通密度比磁导法建立了轴向磁通永磁同步电机气隙磁场解析模型.然后基于麦克斯韦张量理论推导得到电磁转矩和齿槽转矩的解析模型,并通过有限元法验证了该模型的准确性.该模型不仅指出了产生电磁转矩和齿槽转矩的判据,还明晰了转矩波动各阶成分与气隙磁通密度谐波之间的关系.最后利用该解析模型,采用径向变极弧系数法对一台单定子单转子轴向磁通永磁同步电机的转矩展开优化,结果表明径向变极弧系数法可有效削弱轴向磁通永磁同步电机的齿槽转矩和电磁转矩波动,而基于解析模型的优化则具有非常高的效率.%Axial flux permanent magnet synchronousmotors(AFPMSM)have an intrinsic 3-D electromagnetic structure.Its accurate modeling and optimization of torque usually require the use of 3-D finite element analysis(FEA),which is highly time consuming.This paper presents a new torque analytical model and then it was used to optimize the torque of an AFPMSM.Firstly,the analytical model of magnetic field was established by using magnetic potential and relativepermeance.Then,electromagnetic torque and cogging torque analytical models were derived based on Maxwell-tensor method.Finally,3-D FEA was presented for verifying the accuracy of the proposed model.The analytical model indicates the criterion to produce electromagnetic torque and cogging torque.It also clears the relationship between the ordercomponents of torque and the harmonic field.Based on the analytical model,the torque of a virtual AFPMSM with one stator and one rotor was optimized by triangular skew method.The result shows that the triangular skew method can greatly decrease the cogging torque and electromagnetic torque ripple,and the analytical method is really high efficient.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)023【总页数】8页(P46-53)【关键词】轴向磁通永磁同步电机;转矩;解析模型;转矩优化【作者】左曙光;吴双龙;吴旭东;沈健;林福【作者单位】同济大学新能源汽车工程中心上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM351相较于传统的径向磁通电机，轴向磁通永磁同步电机具有更大的转矩和功率密度、更高的效率以及更适合狭小空间安装的小长径比结构，从而在分布式驱动电动车和风力发电机等领域得到了广泛运用[1，2]。
轴向磁通电机讲解
轴向磁通电机讲解一、引言轴向磁通电机是一种新型的电机类型，它具有独特的工作原理和结构特点。
相比于传统的径向磁通电机，轴向磁通电机具有更高的效率和更高的功率密度。
本文将对轴向磁通电机进行详细的讲解，主要包含电机工作原理、结构特点、应用场景、与传统电机的比较、优缺点分析、技术发展趋势和实际案例分析等方面。
二、电机工作原理轴向磁通电机的工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
在电机运行时，电流在电机的绕组中流动，产生磁场。
这个磁场与电机中的永磁体产生的磁场相互作用，产生转矩，使电机的转子旋转。
由于磁场是沿电机的轴向方向，因此称为轴向磁通电机。
三、结构特点轴向磁通电机的结构通常包括定子和转子两部分。
定子是电机的固定部分，它包含了电机的绕组和铁芯。
转子是电机的旋转部分，它包含了永磁体和转子铁芯。
轴向磁通电机的转子可以设计成多种形式，如线性或旋转式，而其定子则通常固定在机架上。
四、应用场景轴向磁通电机由于其高效能和紧凑的结构，适合于各种应用场景。
例如，在电动汽车领域，轴向磁通电机可以作为驱动电机使用，提供更高的效率和更长的续航里程。
此外，轴向磁通电机还可以应用于工业自动化、电动工具、医疗器械等领域。
五、与传统电机的比较与传统的径向磁通电机相比，轴向磁通电机具有更高的效率和更高的功率密度。
这是由于轴向磁通电机的磁场分布更加均匀，减少了磁路的损耗。
此外，轴向磁通电机的结构更加紧凑，使得电机的体积更小，重量更轻。
然而，轴向磁通电机的制造成本较高，并且其控制算法也较为复杂。
六、优缺点分析优点：1.高效率和功率密度：由于磁场分布更加均匀，轴向磁通电机的效率和功率密度更高。
2.紧凑和轻量化：由于采用了轴向磁场设计，使得电机的体积更小，重量更轻。
3.高转矩：在相同的体积下，轴向磁通电机可以产生更高的转矩。
4.高效散热：轴向磁通电机内部热流动方向与散热片的方向一致，提高了散热效率。
5.高适应性：轴向磁通电机适用于多种应用场景，包括高速和低速运行。
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Classified Index: TM351 U.D.C: 621.3
Dissertation for the Master Degree in Engineering
STUDY ON AXIAL FLUX PERMANENT-MAGNET SYNCHRONOUS GENERATOR
Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Speciality： Affiliation： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘 要
轴向磁场永磁同步发电机和传统的永磁电机有类似的特点，结构简单、运 行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高等优点；同时它自身也具有一些显 著的优点，不但具有较高的功率密度，而且它的轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢 片利用率高，所以轴向磁场电机得到越来越多的重视。 本文首先研究了轴向磁场永磁同步发电机的总体特点，设计一台高可靠性、 高功率密度的轴向磁场永磁同步发电机。采用三维有限元软件对发电机进行磁场 仿真，分析电机在工作时的磁场分布，进而得知该电机结构设计的合理性。 为了让发电机的性能达到最优，通过分析发电机中定子结构参数、转子结 构参数、气隙长度对反电势系数的影响。首先对电机进行理论分析，找出发电 机结构参数与电机各项指标之间的关系，其次建立发电机模型，运用电磁场软 件求解，通过修改各项参数来获得最优的电机结构。 运用 Matlab、Flux 仿真软件，对发电机的运行特性进行了研究，分析了不 可控整流电路的原理，运用两种软件进行对比研究；由于不可控整流电路不满 足要求，把电路改为晶闸管自触发整流电路，运用 Saber 软件对该电路进行仿 真，验证了电路模型可以满足实际需要。同时又对电容值的选取进行了研究， 要选取合适的电容既可以让响应时间快，滤波效果又好。 最后对发电机系统进行实验研究搭建了晶闸管自触发整流电路和稳压电 路，对轴向发电机进行空载和负载实验，并且绘制了外特性曲线。实验结果证 明整个发电机系统运行可靠，满足发电机系统的要求。 关键词 ：轴向磁场发电机；结构优化；整流电路；性能测试
- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目 录
摘 目 要 ............................................................................................................................... I 录 ............................................................................................................................ III 论 ................................................................................................................ 1 ABSTRACT ..................................................................................................................... II 第1章 绪
Wang Yongyan Prof.Li Yong Master of Engineering Electrical Engineering School of Electrical Engineering and Automation June, 2011 Harbin Institute of Technology
1.1 课题背景及研究的目的和意义 ............................................................................ 1 1.2 永磁电机的发展状况 ............................................................................................ 1 1.3 轴向磁场永磁同步发电机的特点 ........................................................................ 4 1.4 本文的主要研究内容 ............................................................................................ 5 第 2 章 轴向磁场永磁同步发电机的结构与电磁设计 ................................................ 6 2.1 引言 ........................................................................................................................ 6 2.2 轴向磁场永磁同步发电机的分析设计 ................................................................ 6 2.2.1 轴向磁场永磁同步电机的磁路特点 ............................................................ 6 2.2.2 电机工作环境的特点 .................................................................................... 7 2.3 轴向磁场永磁同步发电机的电磁设计 ................................................................ 8 2.3.1 轴向磁场永磁同步发电机的基本电磁关系 ................................................ 8 2.3.2 轴向磁场永磁同步发电机空载工作点的确定 .......................................... 10 2.3.3 轴向磁场永磁同步发电机电动势的计算 .................................................. 12 2.4 轴向磁场永磁同步发电机的结构设计 .............................................................. 13 2.4.1 主要尺寸设计 .............................................................................................. 13 2.4.2 定子设计 ...................................................................................................... 14 2.4.3 转子设计 ...................................................................................................... 16 2.4.4 气隙长度的选取 .......................................................................................... 17 2.5 轴向磁场永磁同步发电机的结构设计 .............................................................. 18 2.6 本章小结 .............................................................................................................. 20 第 3 章 轴向磁场永磁同步发电机的优化设计 .......................................................... 21 3.1 引言 ...................................................................................................................... 21 3.2 磁钢的改进 .......................................................................................................... 21 3.3 气隙长度的优化 .................................................................................................. 22 3.4 定子绕组的优化 .................................................................................................. 24 3.5 最优结构的仿真 .................................................................................................. 25 3.6 本章小结 .............................................................................................................. 26 第 4 章 轴向磁场永磁同步发电机外特性的仿真与分析 .......................................... 27 4.1 引言 ...................................................................................................................... 27 4.2 外特性的数学模型 .............................................................................................. 27 4.3 轴向磁场永磁同步发电机外特性的仿真分析 .................................................. 29