新型同步電機的分析與優(yōu)化研究.pdf

1、同步電機是一個復雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于航空、交通、建筑等領(lǐng)域，研究同步電機的新型結(jié)構(gòu)和運行原理，準確計算同步電機的各項性能參數(shù)，具有非常重要的意義。電機優(yōu)化是電機設(shè)計中一個重要的步驟，它直接影響著電機的性能及成本。因此新型同步電機的分析及優(yōu)化設(shè)計是目前電機領(lǐng)域中的研究重點。 在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，文中利用有限元方法對長定子直線電機、振動電機和盤式電機三種新型同步電機進行了系統(tǒng)的分析，得到了其主要性能隨電機尺寸及參數(shù)的變化規(guī)

2、律。并在現(xiàn)有電機優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的電機優(yōu)化方法。該方法克服了原有方法結(jié)論適應(yīng)性低、優(yōu)化時間長等缺陷，具有計算準確、使用方便、結(jié)論適用性較廣等優(yōu)點。優(yōu)化后新型電機的性能與現(xiàn)有電機相比，功率密度和效率更高。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下： 1．將現(xiàn)有的全局優(yōu)化和部分優(yōu)化方法相結(jié)合提出了一種新的優(yōu)化設(shè)計方法。該方法首先利用有限元逐個分析電機各主要尺寸對電機性能的影響，通過歸納、分析、對比等方法得到在不受其它尺寸的影響下，其對

3、應(yīng)的各最佳尺寸值。然后基于有限元分析的結(jié)果，通過多項式擬合等方法得到電機各主要性能的計算公式，并將其作為電機的數(shù)學模型，進行全局優(yōu)化。該方法既可得到電機各尺寸與電機性能的對應(yīng)變化關(guān)系，總結(jié)得到適應(yīng)性較廣的結(jié)論；又能較解析法等其它方法更加精確地描述電機特性，并縮小了全局優(yōu)化的分析范圍，減少了運算時間。文中將其應(yīng)用于長定子直線電機、振動電機和盤式電機的優(yōu)化設(shè)計中，獲得到了較為滿意的結(jié)果。 2．使用提出的優(yōu)化方法對新型永磁體外置式直線

4、振動發(fā)電機進行了系統(tǒng)的分析和優(yōu)化。利用有限元方法詳細分析了永磁體外徑、永磁體高度、繞組高度和鐵心直徑等各主要參數(shù)對發(fā)電機感應(yīng)電動勢的影響，得到了一系列電機性能與參數(shù)問的變化對應(yīng)關(guān)系。通過分析多個尺寸下的優(yōu)化結(jié)果，獲得了該電機準優(yōu)化的設(shè)計準則。優(yōu)化后的永磁體外置式直線振動發(fā)電機與現(xiàn)有的永磁體內(nèi)置式電機相比，性能更優(yōu)，成本更低。當這兩種電機的外徑同為31mm，運行速度均為1m/s時，永磁體外置式發(fā)電機效率為永磁體內(nèi)置式的104％，而成本僅為

5、后者的97％。 3．利用新型優(yōu)化方法對長定子直線電機、盤式復合電機進行系統(tǒng)的分析和設(shè)計。在有限元分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過傅立葉分解、多項式擬合等方法得到了直線電機電感、感應(yīng)電動勢和推力的計算公式，并且系統(tǒng)分析了電機中定子槽寬、槽高和極寬等主要參數(shù)對輸出轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢的影響，獲得了一系列適用性較廣的結(jié)論。分析結(jié)果表明，定子槽寬和極寬的變化會對電機性能產(chǎn)生較大影響，永磁電機采用斜極結(jié)構(gòu)，可有效減小電磁轉(zhuǎn)矩波動。為了簡化盤式電機的三維