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《上海大学》 2006年
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基于标量磁位三维有限元法新型横向磁场电机设计与研究

郑文鹏  
【摘要】:由于横向磁场永磁电机具有输出力密度高、起动转矩大、低速性能好以及设计灵活等特点,成为研究开发的一个热点。但是,又因为该类电机结构复杂、加工成本高、磁场分析难度大,而且功率因数较低,因此限制了横向磁场电机的广泛应用。本文的研究工作主要是围绕一种新型结构的横向磁场永磁电机设计与研究展开的。 本文提出了一种新型结构的横向磁场永磁电机,定子铁心采用E形结构,其铁心内臂、外臂和背轭在同一个平面内,可以直接由硅钢片叠压而成,这就大大降低了加工的难度和成本;针对该结构还设计出一种过渡铁心固定环结构,可以使得过渡铁心具有较高的机械强度和定位精度。各相之间依次错开2kπ+π/N(k为整数,N为电机相数)电角度,既可以防止电机存在起动转矩死点,又能有效削弱电机自定位转矩,减小电机输出转矩脉动。建立了E-TFM等效磁网络,推导了E-TFM主要尺寸的计算公式。 E形铁心横向磁场电机磁路复杂,采用平面磁场的分析结果不够精确,需采用三维磁场进行分析。在分析三维磁场时,存在的难点就是计算时间和精度问题。本文提出将横向磁场电机电流区域作适当处理,从而使用标量磁位求解,可以比矢量磁位具有少的未知量,减少计算时间。文中系统推导了应用标量磁位对电流区域及永磁体进行处理的一般方法,以及不同坐标系下特殊形状电流区域的简化处理方法。基于标量磁位法编制出三维有限元软件,用于TFM三维磁场分析。在有限元求解过程中,采用系数矩阵的非零元素存储法、ICCG法以及非线性问题处理的Newton-Raphson法等措施,提高了计算的速度和精度。 利用所编制的三维有限元软件对E-TFM进行了磁场分析及参数的计算,得到的结果作为TFM电机性能分析和样机制造的依据。首先根据E-TFM结构特点,建立了简化到一对极结构的三维有限元模型,大大缩短计算时间。利用磁场分析结果对样机局部结构及尺寸进行优化,分析内容主要包括定子铁心厚度、转子磁钢厚度、过渡铁心径向尺寸、气隙长度等因素对电机性能的影响。分析结果表明,上述各值的取值在合适的范围之内时,可以获得较佳的性能。另外提出了电机绕组匝数的确定原则,以及它对反电势、电感的影响,并对电机的静特性及其他主要参数进行了仿真计算。最后,设计并制造E-TFM样机一台,并将该样机的主
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TM351

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 包广清;郑文鹏;江建中;毛开富;;一种横磁通风力发电机的建模及参数优化设计[J];农业工程学报;2012年03期
2 包广清;郑文鹏;;基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化[J];应用基础与工程科学学报;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 包广清;大功率聚磁式横磁通永磁电机设计及其优化技术研究[D];上海大学;2006年
2 刘新华;新型磁场调制式磁性齿轮的设计研究[D];上海大学;2008年
3 张东;新型双定子永磁电机的设计与研究[D];上海大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 周维正;双向交链横向磁通平板型永磁同步直线电机的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 杨国龙;双向交链横向磁通永磁同步电机的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 黄巧莺;船用柴油机活塞环磨损磁监测技术研究[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李亚旭;横向磁通电动机拓扑结构初析[J];船电技术;2003年01期
2 李永斌,袁琼,江建中;一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究[J];电工技术学报;2003年05期
3 石生;三维非线性磁场的标量磁位描述[J];电力学报;1997年04期
4 张伟雄,张敬华,郑婵君;基于磁网络模型矩形波永磁电机定位转矩的研究[J];电机技术;2000年03期
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6 汪旭东,王兆安,袁世鹰,焦留成,王福忠;基于场路结合的永磁直线同步电机的解析计算[J];微电机(伺服技术);2001年01期
7 方瑞明,吴明,曾国树;基于场路结合法的永磁无刷直流电机性能分析[J];微电机(伺服技术);2003年05期
8 王晓远,任娜,刘艳,闫杰;横向磁通电机的三维磁场分析与计算[J];微电机(伺服技术);2004年02期
9 程树康,郑萍,崔淑梅,宋立伟,李立毅;混合磁路多边耦合电机的基础研究[J];中国电机工程学报;2000年04期
10 尚静,邹继斌,胡建辉;基于动态模型的场路结合法求解异步起动永磁同步电机的起动过程[J];中国电机工程学报;2003年08期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陶可妍;靳英卫;闫英敏;;船载卫星天线伺服跟踪系统的控制算法[J];兵工自动化;2006年08期
2 王芳;厉虹;;无刷直流电动机控制技术研究[J];北京机械工业学院学报;2007年01期
3 王春民;乔瑞芳;安海忠;;基于DSP和IPM的三相无刷直流电机控制系统[J];吉林大学学报(信息科学版);2007年01期
4 尹传涛;王坚强;尹斌传;;六相无刷直流电机反电势电流引起的转矩脉动抑制研究[J];船电技术;2009年03期
5 姚绪梁;尹国慧;王廷齐;;无位置传感器直流无刷电动机控制系统研究[J];传感器与微系统;2009年01期
6 邓航见;薛方正;钟灶生;;线性光耦在BLDCM控制系统中的应用[J];传感器与微系统;2011年06期
7 吴敬爱,朱东起,姜新建;集中绕组永磁无刷电机的转矩研究[J];电工电能新技术;2003年03期
8 肖伟;张磊;瞿文龙;;一种抑制非理想反电势的BLDC电机转矩脉动的方法[J];电工电能新技术;2007年01期
9 施进浩,李永斌,江建中;聚磁式横向磁场永磁电机自定位转矩研究[J];电工技术学报;2005年03期
10 刘哲民;陈谢杰;陈丽香;王秀和;唐任远;;基于3D-FEM的新型横向磁通永磁电机的研究[J];电工技术学报;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 刘伟;刘万振;Joonsik.Choi;林江波;;吸尘器中高效永磁通用电机的研究[A];第十一届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2011年
2 陈中科;陈丽香;唐任远;;永磁无刷直流电动机的噪声振动分析[A];第十一届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2011年
3 程鑫;廖传书;;基于CAN的车用无刷电机控制节点设计[A];中国汽车工程学会汽车电子技术分会第七届(2006)年会暨学术研讨会论文集[C];2006年
4 王建宽;施进浩;江建中;;横向磁场永磁电动机及其驱动系统研究[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
5 刘建军;陈建新;;月球车的一体化轮系月面行驶控制及仿真[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
6 申永山;袁宏;郭庆鼎;;基于TMS320F2812的无刷直流电动机控制系统[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年
7 佟国香;周亦敏;温田学;吉田修;浦野启;铃木英次;;基于μpd78F9222的无刷电机控制系统的实现[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
8 刘明;;直流无刷风机盘管的应用研究[A];全国暖通空调制冷2008年学术文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 程远雄;永磁同步直线电机推力波动的优化设计研究[D];华中科技大学;2011年
2 李自成;无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
3 王骞;圆筒型横向磁场永磁直线电机电磁场与电磁力的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 宫海龙;高转矩永磁轮毂电机磁系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 姜卫东;混合动力电动汽车用无刷直流电机动态性能及控制策略的研究[D];合肥工业大学;2004年
6 徐月同;高速精密永磁直线同步电机进给系统及控制技术研究[D];浙江大学;2004年
7 严岚;永磁无刷直流电机弱磁技术研究[D];浙江大学;2005年
8 李永斌;定子双馈双凸极永磁电机及其控制系统研究[D];上海大学;2004年
9 章跃进;旋转电机磁场计算数值解析结合法研究[D];上海大学;2005年
10 潘开林;永磁直线电机的驱动特性理论及推力波动优化设计研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王旭强;圆筒型永磁直线同步电机电磁性能及温度场研究[D];河南理工大学;2010年
2 王宏伟;电动摩托车用六相无刷电机控制系统的研究[D];大连理工大学;2010年
3 李广志;电动车用三相无刷直流电机控制系统[D];大连理工大学;2010年
4 马晓光;横向磁场开关磁阻电机的研究[D];湖南工业大学;2010年
5 郑福龙;圆筒型直线永磁电动机的设计研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 朱星波;异步起动稀土永磁电动机起动性能的研究[D];浙江大学;2010年
7 明月;不同定子结构的永磁无刷直流电动机电磁干扰和振动特性研究[D];浙江大学;2011年
8 宋媛;新型永磁动圈式直线电机的优化设计及性能分析[D];太原理工大学;2011年
9 黄全;基于2812的电机控制器设计[D];北方工业大学;2011年
10 王集;家电用三相永磁电机及其控制系统[D];沈阳工业大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚学标,郑万鎏,刘宗英,王烨;铁磁金属薄膜磁阻传感器的研制[J];安徽大学学报(自然科学版);1995年02期
2 李亚旭;横向磁通电动机拓扑结构初析[J];船电技术;2003年01期
3 李锡群,王志华;电机/推进器一体化装置(IMP)介绍[J];船电技术;2003年02期
4 王群京,孙明施,李国丽,姜宏波,方凯;表面磁钢无刷直流电动机的电感计算和数字仿真研究[J];电工技术学报;2001年01期
5 李永斌,袁琼,江建中;一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究[J];电工技术学报;2003年05期
6 包广清;江建中;;一种新型横向磁通永磁电机的建模与参数优化[J];大电机技术;2008年04期
7 孙玉田,杨明;电机动态有限元法中的运动问题[J];大电机技术;1997年06期
8 黄卫星,王雪帆,韦忠朝,李松;新型双定子电机的原理及应用综述[J];电机电器技术;1999年04期
9 黄海宏,张敬华;新颖的极槽数匹配方法[J];电机技术;1999年04期
10 曹卫;分数槽在正弦波交流永磁伺服电动机中的应用[J];电机技术;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘瑞芳;基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D];东南大学;2002年
2 殷勇辉;基于电感测量和光纤技术的在线油液监测方法研究[D];武汉理工大学;2002年
3 崔巍;各相解耦永磁同步电动机设计及控制技术的研究[D];上海大学;2004年
4 章跃进;旋转电机磁场计算数值解析结合法研究[D];上海大学;2005年
5 刘哲民;横向磁通永磁同步电机研究[D];沈阳工业大学;2006年
6 崔皆凡;永磁直线同步电机推力及其直接推力控制系统研究[D];沈阳工业大学;2006年
7 施进浩;新型横向磁场永磁电机设计与研究[D];上海大学;2006年
8 余永华;船舶柴油机瞬时转速和热力参数监测诊断技术研究[D];武汉理工大学;2007年
9 包广清;大功率聚磁式横磁通永磁电机设计及其优化技术研究[D];上海大学;2006年
10 陶果;新型横向磁场永磁电力推进电动机的研究[D];清华大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张赫;集成绕组结构短行程直流平面电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张鲁;复合电流驱动的永磁同步平面电机基础研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 曲利岩;电磁场有限元分析技术的研究和实现[D];浙江大学;2002年
4 任娜;横向磁通永磁同步电动机的三维磁场计算与结构性能分析[D];天津大学;2004年
5 朱宗铭;基于Web的油液监测与故障诊断系统的研究[D];武汉理工大学;2006年
6 黄林;基于铁谱技术的内燃机磨损状态研究[D];昆明理工大学;2006年
7 王骞;横向磁场永磁直线电机及其驱动的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
8 徐泰富;基于油液分析的柴油机可靠性试验中的磨损评价研究[D];武汉理工大学;2007年
9 陈忠松;TFLSRM牵引力直接控制[D];北京交通大学;2008年
10 薛斌峰;电动车用横向磁通式永磁直线发电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 包广清;郑文鹏;毛开富;;基于横磁通发电机的永磁直驱风力发电系统[J];电机与控制学报;2012年11期
2 包广清;郑文鹏;江建中;毛开富;;一种横磁通风力发电机的建模及参数优化设计[J];农业工程学报;2012年03期
3 包广清;刘新华;毛开富;;基于磁场调制式磁齿轮传动的永磁同步风力发电系统[J];农业机械学报;2011年05期
4 颜建虎;林鹤云;冯奕;;磁通切换型横向磁通永磁风力发电机[J];中国电机工程学报;2010年21期
5 包广清;李战明;施进浩;;一种新型组合式横磁通永磁风力发电机[J];中国电机工程学报;2012年03期
6 包广清;郑文鹏;;基于正交设计和支持向量机的横磁通永磁电机参数优化[J];应用基础与工程科学学报;2012年05期
7 吴应军;乔维高;蹇林旎;;外转子谐波电机的研究与分析[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 邢敬娓;混合磁路永磁变速器的解析模型与参数特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
2 陈进华;异向旋转双转子永磁电机研究[D];沈阳工业大学;2012年
3 冯垚径;永磁同步电动机设计关键技术与方法研究[D];华中科技大学;2012年
4 刘新华;新型磁场调制式磁性齿轮的设计研究[D];上海大学;2008年
5 张东;新型双定子永磁电机的设计与研究[D];上海大学;2008年
6 龚宇;新型双凸极记忆电机的研究[D];上海大学;2010年
7 朱学军;永磁行星齿轮传动系统动力学研究[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 聂雅慧;麦克斯韦力刀具伺服系统[D];天津大学;2010年
2 周维正;双向交链横向磁通平板型永磁同步直线电机的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 宁文飞;磁场调制式同心齿轮的设计研究[D];兰州理工大学;2012年
4 吴应军;电动汽车用直驱式轮毂电机的研究[D];武汉理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李亚旭;横向磁通电动机拓扑结构初析[J];船电技术;2003年01期
2 傅丰礼;采用等参单元的电机电磁场三维向量磁位有限元法[J];华中工学院学报;1986年06期
3 汪旭东,袁世鹰,王兆安,付子义;永磁直线同步电动机的二维傅里叶解析[J];煤炭学报;1999年04期
4 童良忠;陆永平;;无刷直流电动机静态力矩脉动测试[J];微电机;1992年01期
5 汪旭东,袁世鹰,焦留成,王福忠,王兆安;永磁直线同步电动机垂直运输系统的研究现状[J];微电机(伺服技术);2000年05期
6 尚静,邹继斌,赵猛;异步起动的永磁同步电动机发展现状与研究方法[J];微电机(伺服技术);2001年05期
7 崔淑梅,程树康;永磁感应子式步进电动机转子铁心迭片系数的影响及其修正方法[J];微特电机;1995年06期
8 袁琼,江建中;横向磁场永磁电机[J];微特电机;2002年03期
9 任贵勇,王常虹,马广程,陈兴林;开关磁阻电机的发电运行及其数字仿真研究[J];中国电机工程学报;2001年02期
10 陈阳生,林友仰;永磁电机气隙磁密的分析计算[J];中国电机工程学报;1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈永校;;微特直线电机[A];第七届中国小电机技术研讨会论文集[C];2002年
【相似文献】
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1 郑文鹏;施进浩;屠关镇;江建中;;电流域标量处理法在横向磁场电机三维磁场分析中的应用[J];电工技术学报;2006年06期
2 ;感应电炉功率因数自动调节装置[J];工业加热;1973年02期
3 ;鼠笼转子采用凸形槽的一点体会[J];电机与控制应用;1977年03期
4 秦和;;关于小型异步电动机的力能指标的报导[J];电机与控制应用;1977年03期
5 吴云龙;;建筑企业节电措施探讨[J];建筑技术;1981年05期
6 宋连库;;降低配电线损的几点措施[J];吉林电力;1982年04期
7 邵尧燮;;关于異步电动机的经济运行[J];橡塑技术与装备;1982年02期
8 施建安;陈广丰;丁洪南;;变压器抽头并联式三相全控桥整流线路[J];热力透平;1983年01期
9 林祖义;吕凤桐;;直流石墨化整流机组的低压接线对功率因数的影响[J];炭素技术;1984年04期
10 辛伯钧;工频电炉功率因数的图解法[J];工业加热;1985年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陆美华;谢孝春;孙贵春;;降低不锈钢分公司的电能损耗[A];中国计量协会冶金分会2009年年会论文集[C];2009年
2 于鸣;;浅谈无功补偿提高功率因数和节能降耗[A];山东省石油学会油田电力、通信及自动化技术研讨会优秀工程技术论文集[C];2009年
3 赵士均;李聪;;TBB并联电容器成套装置在大平矿风机改造中的应用[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
4 裴云庆;姜桂宾;王兆安;;LC滤波的三相桥式整流电路网侧谐波分析[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
5 董世坚;;就地补偿在动力厂(四水站)水泵电机上的应用实例[A];二○○三年电力电容器学会论文集[C];2003年
6 李兴唐;李朝顺;王勇;;利用电容器挖掘电网潜力的计算法[A];2004年电力电容器学会论文集[C];2004年
7 张卫东;;农村配电台区无功补偿容量的选择[A];华东六省一市电机(电力)工程学会输配电技术研讨会2005年年会论文集[C];2005年
8 曾光;柯敏倩;李峰;;基于工控机的静止无功补偿控制器的设计[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
9 李春龙;张建荣;卢家林;石涛;白小青;;能量回馈型可编程交直流电子负载的研究[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
10 李春龙;张建荣;卢家林;石涛;白小青;;交流电子负载的发展过程及展望[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 钟大海 关超 赵小飞;茂名乙烯:避峰就谷优化用电[N];中国石化报;2006年
2 傅建设 杨峰;中冶华天开发低压SVC装置顺利投运[N];中国冶金报;2007年
3 通讯员 王志林李启东 王坤;十堰出实招助推双亿工程[N];湖北日报;2007年
4 河南 张重泉 郭建国;和农村电工谈“线损”[N];电子报;2007年
5 计算机世界实验室;电源之殇与国货自强[N];计算机世界;2008年
6 彭滨;『外商』送锦旗服务见情意[N];辽源日报;2008年
7 王志勇;晋丰公司节电三措施降耗显成效[N];中国化工报;2009年
8 南京 江柏;功率因数教学演示设计[N];电子报;2010年
9 本报记者 邹祖虎 通讯员 杨璇;小投入,换回大收益[N];国家电网报;2010年
10 重庆市垫江县第一职业中学 杨清德;形象认识“功率因数”[N];电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑文鹏;基于标量磁位三维有限元法新型横向磁场电机设计与研究[D];上海大学;2006年
2 刘新华;新型磁场调制式磁性齿轮的设计研究[D];上海大学;2008年
3 张倩;固定夹板义齿用于牙周炎修复治疗的研究[D];武汉大学;2005年
4 黄继强;弧焊逆变电源功率因数校正技术的研究[D];北京工业大学;2003年
5 王秀莲;无铁心永磁电机三维开域磁场计算与分析[D];沈阳工业大学;2006年
6 郭超峰;Lenke1BN型特发性脊柱侧凸有限元模型的建立及后路三维矫形生物力学研究[D];中南大学;2009年
7 张峰;磁流变抛光技术的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
8 兰泽栋;正畸支抗种植体-骨界面三维有限元分析[D];第四军医大学;2001年
9 胡岩;大型电力变压器磁分路及低压引线电流漏磁效应和局部过热的研究[D];沈阳工业大学;2001年
10 鲍建宇;电流型多电平变流器拓扑及其控制策略的研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉彬;功率因数可调的PWM整流器的研究[D];山东科技大学;2003年
2 徐娟;基于ARM的输配电线路功率因数智能测控器的研制[D];曲阜师范大学;2010年
3 张银行;功率因数校正电路抗电磁干扰设计[D];郑州大学;2011年
4 徐军;抽油机倒发电与节能自动控制系统的研究[D];合肥工业大学;2003年
5 刘海春;智能配电测控仪开发[D];南京航空航天大学;2002年
6 何大春;无功功率自动补偿控制系统的研究和设计[D];南京理工大学;2002年
7 巫庆辉;高功率因数异步电动机变频调速系统[D];辽宁工程技术大学;2003年
8 方宇;三相PFC及其数字控制[D];南京航空航天大学;2004年
9 刘雪岭;略阳电厂高边坡稳定性研究[D];长安大学;2004年
10 尹辉燕;无功补偿自动控制器的研究[D];山东科技大学;2004年
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