基于PCB技術(shù)的盤式無鐵心永磁同步電機(jī)研究.pdf

1、盤式無鐵心永磁同步電機(jī)為無鐵心軸向磁場(chǎng)(AFPM)電機(jī)，具有高功率密度、效率很高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，大幅度減低電機(jī)質(zhì)量，低速下運(yùn)行平穩(wěn)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。電機(jī)轉(zhuǎn)子采用Halbach陣列永磁體結(jié)構(gòu)，獲得的氣隙磁場(chǎng)的正弦分布特性好。無鐵心電樞繞組的設(shè)計(jì)與制造是無鐵心AFPM電機(jī)研究的關(guān)鍵部分。目前無鐵心電樞繞組大多采用環(huán)氧樹脂澆注而成的線繞型繞組。線繞型繞組的加工工藝尚未成熟，線圈的安放、定位困難，形狀和尺寸難以達(dá)到要求。將印刷電路板(PCB)成熟的加

2、工工藝應(yīng)用于無鐵心繞組制造中， PCB結(jié)構(gòu)扁平，在結(jié)構(gòu)上非常適合軸向磁路結(jié)構(gòu)的無鐵心AFPM電機(jī)。本文在無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組設(shè)計(jì)，電磁場(chǎng)解析模型、三維有限元仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入研究。
　　本文分析了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電機(jī)采用雙轉(zhuǎn)子單定子的雙氣隙對(duì)稱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上磁鋼采用Halbach陣列結(jié)構(gòu)。無鐵心繞組為多層PCB繞組，固定在電機(jī)機(jī)殼上，提高了繞組加工的工藝性和電機(jī)的散熱能力。利用等效疊

3、加的方法對(duì)無鐵心AFPM電機(jī)的電磁場(chǎng)進(jìn)行解析分析，取平均半徑處的磁路作為主磁路，將無鐵心AFPM電機(jī)等效為二維直線電機(jī)模型，解析法分析結(jié)果和三維有限元法基本一致。
　　本文研究了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組的設(shè)計(jì)，PCB繞組采用非重疊集中繞組，線圈形狀綜合梯形和圓形線圈的優(yōu)點(diǎn)。推導(dǎo)了基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的空載反電動(dòng)勢(shì)的解析計(jì)算表達(dá)式，為電機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了參考。對(duì)無鐵心AFPM樣機(jī)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，給

4、出了電機(jī)的主要尺寸、定子繞組參數(shù)及轉(zhuǎn)子磁鋼尺寸參數(shù)的確定方法，運(yùn)行三維有限元法對(duì)樣機(jī)的性能進(jìn)行分析。
　　最后，提出了基于新型Halbach陣列的無鐵心AFPM電機(jī)，永磁體的截面為凸字型，充磁方式與90°Halbach陣列相同。利用田口算法的優(yōu)化電機(jī)的參數(shù)，獲得了比90°Halbach陣列更正弦分布的氣隙磁場(chǎng)。對(duì)基于PCB技術(shù)的無鐵心AFPM電機(jī)的PCB繞組的線圈形狀進(jìn)行優(yōu)化，分析了線圈沿徑向長度、有效邊傾斜和線圈的中心等參數(shù)對(duì)電