Design and Analysis of Flux Switching Machines Adopting Hybrid Permanent Magnets

作     者：斯曼(Usman Tahir) 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张淦

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：铁氧体 有限元分析 磁通切换 混合永磁体 永磁电机 

摘      要：磁通切换永磁电机(Flux Switching Permanent Magnet Machines,FSPM)作为一个新类别的电机,研究历史较短。由于其具有高功率密度,高机械强度和高扭矩能力的优势,在过去二十年中FSPM受到了极大的关注。然而,使用昂贵的稀土永磁体作为励磁,会导致FSPM电机的成本增加。为了解决这个问题,本文讨论了混合永磁磁通切换(Hybrid Permanent Magnet Flux Switching,HPFS)电机的设计。HPFS电机的设计要点在于保持高扭矩性能的同时,降低电机的成本。通过使用廉价的铁氧体永磁替换一半昂贵的稀土永磁钕铁硼(NdFeB)的策略来实现这一优化目的。本文考虑6槽5极混合永磁磁通切换(HPFS)电机模型,该电机基于6槽5极磁通切换永磁(FSPM)电机。研究过程中,采用JMAG Designer 16.1用于6槽5极HPFS电机的设计和2-D有限元分析。由于使用了具有低磁能密度的铁氧体永磁体来代替昂贵的NdFeB永磁,因此降低了HPFS电机的电磁性能。为了保持HPFS机器的电磁性能,优化了关键参数,包括定子齿宽、永磁体厚度和转子齿宽。经过优化过程,HPFS电机的齿槽转矩减小,平均转矩增加,转矩波动减小,同时反电动势中的谐波含量也有所减小。控制系统结果表明,HPFS电机能够快速地达到其参考速度及所需转矩,并且能够在该转矩下平稳运行。最后,本文将HPFS电机与表贴式永磁同步电机(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous,SPM)进行电磁性能比较。结果表明,在相同负载情况下,HPFS电机具有更好的转矩性能,说明HPFS机器更适合高速应用,而SPM机器适用于低速伺服应用。