永磁容错电机磁动势谐波分析及其低谐波设计9787312057915

前言

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2永磁容错电机研究现状

1.3永磁电机空间谐波研究现状

1.4改变绕组分布效应的低谐波设计技术研究现状

1.5改变定转子齿槽结构的低谐波设计研究现状

1.6永磁电机最大效率点和高效率区研究现状

第2章永磁容错电机空间谐波分析

2.1绕组结构特征

2.1.1槽极配合关系

2.1.2分布效应

2.1.3绕组函数与反电势和磁动势关系

2.2相绕组磁动势谐波

2.2.1槽极配合归一化有序数对

2.2.2 Noil为奇数

2.2.3 Noil为偶数且Q为偶数

2.2.4 Nooil为偶数而Q为奇数

2.2.5线圈组连接方式及相绕组磁动势谐波

2.3相绕组合成磁动势谐波

2.3.1多套对称正m相绕组结构

2.3.2单套对称正m相绕组磁动势

2.3.3奇数套对称正m相绕组磁动势

2.3.4偶数套对称正m相绕组磁动势

……

第3章永磁容错电机的Y-△混合连接绕组低谐波设计

第4章永磁容错电机的转子磁障低谐波设计

第5章永磁容错电机的定子调制低谐波设计

第6章永磁电机最大效率点与特定效率区定量研究

参考文献

第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

电机系统作为能量转换与动能传递的直接执行者,起着“中枢桥梁”的核心作用,其应用遍及国防、工农业生产、交通运输、信息处理、家用电器等领域,为实现国家工业化,促进社会生产力发展,做出了巨大的贡献。[1-2]与传统的感应电机和电励磁电机相比,永磁电机无需励磁绕组，就可展现出结构简单、效率高、功率密度大、可靠性强等显著优点。[36]与此同时，随着永磁材料磁性能日益提升,尤其如高性能钕铁硼等稀土永磁材料的发展进一步提升了永磁电机的电磁性能,使其越来越多地应用于一些高可靠性特殊领域，如航空航天、军事装备、矿井、交通等。[7-8]这些应用领域不仅要求电机系统效率和功率密度高,更希望在其发生故障后能够具备一定带故障运行能力,使故障影响最小化。

相比于传统的重叠式分布绕组永磁电机,分数槽集中绕组永磁电机集中跨绕于一个定子齿，不与其相邻齿上绕组发生交叠,使各绕组间具备良好的物理隔离条件，极大地提高了相间独立性。当其中某一相或者某几相绕组发生故障时，可使故障相对其他正常相的不利影响降至最低[12],因此,分数槽集中绕组结构对提升永磁电机的容错性能至关重要。此外,多相或者多套绕组结构可以极大地增加永磁电机控制自由度,配合适当的容错控制策略，能够有效提升电机系统带故障容错运行的能力。[13-15]与此同时,分数槽集中绕组永磁电机绕组端部短且结构紧凑,能同时减少绕组端部铜耗和预留空间。因此，多相分数槽集中绕组结构在高可靠性永磁电机应用领域备受关注。

但是,分数槽集中绕组永磁电机定子磁动势谐波极其丰富,这些谐波旋转速度与电机转速不同步,将会在转子导体中感应出很大的涡流损耗。[16-19]由于转子为高速旋转部件且难以有效散热,热量聚集电机内部致使温度过高,严重影响永磁体的磁性能及绕组的绝缘性能。[20-21]除此以外,绕组磁动势中某些谐波还会引起较大的电磁振动噪声,进而影响永磁电机的品质。22]当转速较高时,空间谐波含量大的弊端将被显著放大,成为限制分数槽集中绕组结构在永磁容错电机领域内应用最主要的因素。因此,开展分数槽集中绕组永磁容错电机空间谐波分析与低谐波设计相关的研究,拓宽分数槽集中绕组结构在高可靠性领域的应用，具有重要的现实和科学意义。

最大效率点和特定高效率区是永磁电机至关重要的两个性能指标,其定量研究为高效率永磁容错电机的优化设计与负载匹配提供理论依据。效率云图孝可直观地表征已知永磁电机最大效率点和特定高效率区两个性能指标,但其通*常需要通过扫描大量工况点参数获得，计算工作量大且可移植性差。此外,效率云图难以定量反映永磁电机最大效率点与其特定高效率区随损耗分布变化的内在关系,致使电机效率的优化设计难以系统地呈现。因此，探究快速高移植性永磁电机效率云图计算方法、剖析其最大效率点与特定高效率区随损耗分布变化的映射关系,具有重要的理论和现实意义

……

国家自然科学基金面上项目研究成果。针对永磁容错电机空间谐波大的问题，开展空间谐波分析与低谐波设计相关的研究。基于交流绕组理论并以低谐波定向设计为目的，提出分数槽绕组永磁电机磁动势谐波通用分析方法；分别从绕组、转子和定子三个角度出发，系统性地研究星三角混合连接绕组、转子磁障以及定子调制的低谐波设计技术；从低谐波设计改变电机损耗分布入手，提出永磁电机效率云图快速计算方法以及最大效率点和特定效率区定量分析方法。针对上述研究内容，分别试制相应的实验样机，并进行实验分析和性能验证，为分数槽绕组永磁电机在航空航天、军事装备、矿井轧钢等高可靠性领域的拓展应用和高效率运行奠定了基础。