新型多齿开关磁链永磁记忆电机调磁性能与效率的研究

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传统永磁同步电机以其体积小、质量轻、损耗小、效率高以及功率密度高等优点受到广泛应用,但传统永磁同步电机弱磁调速时会降低电机运行效率,永磁体有不可逆退磁的风险。记忆电机利用低矫顽力永磁体进行调磁,真正实现了电机的磁通可调。该类电机进行调磁时,通过电流脉冲来改变电机中低矫顽力永磁体的磁化水平以及磁化方向,调节电机的气隙磁密,励磁损耗几乎为零。记忆电机这种调磁方式可有效拓宽电机的调速范围,提高永磁电机在高速区的运行效率,在工业应用中具有广阔的前景。本文在分析记忆电机国内外研究现状的基础上,将开关磁链永磁记忆电机(Switched Flux Permanent Magnet Memory,SFPMM,Machine)与多齿开关磁链永磁电机(Multi-tooth Switched Flux Permanent Magnet,MSFPM,Machine)相结合,提出了一种新型多齿开关磁链永磁记忆电机(Multi-tooth Switched Flux Permanent Magnet Memory,MSFPMM,Machine)。该电机既继承了MSFPM电机低速大转矩的优点,又有记忆电机灵活调磁的优势。本文以新型MSFPMM电机为研究对象,对其结构、工作原理、电磁特性、调磁性能以及运行效率进行研究。论文的工作主要包括以下几个方面:首先,介绍了记忆电机的发展现状,简单介绍了几种已有的记忆电机的拓扑结构和运行原理,并对记忆电机的应用前景进行了探讨。以MSFPM电机为基础,提出新型MSFPMM电机的拓扑结构。介绍新型永磁记忆电机的结构、定转子极数配合以及运行原理,建立低矫顽力永磁体处于不同磁化状态下的简化磁路模型。其次,对提出的新型电机进行二维有限元建模和仿真计算,分析电机在增磁、弱磁以及低矫顽力永磁体完全去磁(零磁)状态下的气隙磁密、反电动势、转矩-转速等电磁特性;计算低矫顽力永磁体处于不同磁化状态下时新型电机的弱磁系数,分析了新型电机的弱磁性能。计算了不同磁化状态下该型电机的运行效率。最后,对比新型电机与传统SFPMM电机的电磁性能,研究了新型电机中定子小齿、低矫顽力永磁体对电机调磁性能的影响;分析新型电机与传统MSFPM电机的电磁性能,研究了新型永磁记忆电机的效率改善情况。制作了MSFPMM样机,对MSFPMM电机的电磁特性进行实验验证。本文提出一种新型的MSFPMM电机,分析了该电机的调磁性能和效率改善情况,为设计具有高效率的记忆电机提供了依据。
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