初级游标永磁直线电机拓扑结构与特性分析

作     者：刘万明 

作者单位：沈阳工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：王秀平;徐振乙

授予年度：2022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：初级永磁直线电机拓扑结构 游标电机 电磁特性 优化分析 温度场 

摘      要：随着社会经济的高速发展,当代城市外扩,地面交通运输压力逐渐增加。绿色、智能且舒适的长行程轨道交通运输领域中的驱动装置成为了关注的热点。初级游标永磁直线电机具有低速大推力、转弯半径小、动态响应迅速、隧道截面小等优势从直线电机中突出重围,为现代城市轨道交通驱动系统提供了新思路。本文针对长行程轨道交通运输中驱动电机的技术需求,为进一步改善初级游标永磁直线电机的运行性能,以电机气隙磁密为切入点,开展对三种新型结构的初级游标永磁直线电机(Primary Vernier Permanent Magnet Linear Motor,PVPMLM)的研究。主要研究内容如下:首先,论文分析了初级游标永磁直线电机的发展历程和国内外研究现状,通过永磁旋转电机和永磁直线电机的相互促进发展和结构演变,突出了初级游标永磁直线电机适用于轨道交通驱动系统的优势。其次,以电机磁路和磁场分布为出发点,基于有限元分析法,全面分析了初级游标永磁直线电机的永磁体磁动势、磁导、空载气隙磁密、反电势和推力等电磁性能,为电机的进一步优化提供基础。再次,为了进一步解决永磁体极间漏磁和推力无法调节的问题,为了大幅度提升电机的电磁性能,在磁场调制理论基础上,提出了三种不同的新型拓扑结构,即:新型磁障耦合式初级游标永磁直线电机,混合励磁型初级游标永磁直线电机,混合励磁型磁障耦合式初级游标永磁直线电机,并借助有限元法分析其各自的结构优势。最后,对三种新型拓扑电机分别进行了结构参数优化和电磁特性进行了对比分析,研究结果表明:初级游标永磁直线电机具有结构简单,推力密度高,容错性高等特点,在交替极结构中,电机具有较低的推力波动;在磁障耦合式次级中,需要注意电机的次级饱和,在次级加入合适的磁障会提升电机的电磁性能;在混合励磁结构中电机具有较高的推力调节性能。论文研究为初级游标永磁直线电机的进一步理论分析和推广应用提供了研究基础。