基于Halbach阵列多盘式无铁心永磁同步电机分析和计算.pdf

中文摘要盘式永磁同步电动机是近年来发展起来的新型结构高性能伺服电动机,具有轴向尺寸短、重量轻、体积小、结构紧凑等特点。可以制成多定子多转子交错组成的多盘式结构,进一步提高转矩,特别适合于机器人和大力矩直接驱动装置。同时由于结构原因,盘式电机的径向尺寸受到一定限制,半径太大会增加加工工艺的难度,有时相关的尺寸数据难以保证,为提高电机的输出功率,一般采用多盘式结构。目前永磁电机正向着大功率化、高功能化和微型化方向发展,其中高力能密度和高效率是对各类永磁电机设计所提出的共同要求。本文本着提高电机的输出功率的目的,在总结各种盘式永磁同步电机的结构、特点的基础上提出了一种新型的基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机,从提高电机的功率密度入手,将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中。利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性以及Halbach阵列的高聚磁作用来提高电机气隙磁密,使无铁心电机变成可能,同时Halbach阵列使轭部的磁通减小,可相应少用或不用轭部。电机重量因此可以大幅度下降,在一定程度上也可降低电机的成本。作为一种新型电机,基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电机的结构和设计计算方法与普通永磁电机相差很大,其它电机的设计理论无法直接应用。本文介绍了采用HALBACH阵列后的电机的结构、特点,并利用有限元方法对基于HALBACH阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机进行数学建模和电磁场仿真分析。针对基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机设计及其特性进行了相关的分析和研究,从Halbach阵列的选择、电机气隙结构的优化一一楔形气隙结构的提出、多盘式永磁电机的结构形式选择一一单元电机组合式、多盘式结构中单元电机问永磁体阵列间的排列方式选择等方面做出了主要的论述。依据磁场仿真的结果确定了永磁体设计的相关尺寸参数以及构成多盘的单元电机问的排列方式。本文总结和归纳了的基于Halbach阵列盘式无铁心永磁同步电动机的加工工艺。解决了整/半轴的加工、永磁体的固定、内外转子等工艺问题,设计出了加工工艺所需的模具及适合盘式电机总装的特殊工艺工装设备。最后编制出了一套针对本文中所设计的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机的电磁计算的CAD软件。关键词:多盘式;无铁心;Halbach阵列;,lightweight,smallvolume,-discstructuremadeupofmulti—rotorandmulti—-,-,-,,