一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究.docx

2003年 10 月第 18 卷第 5 期电 工 技 术 学 报TRANSACTIONS OF CHINA EL ECTRO TECHN ICALSOCIET YVol118№5Oct12003一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究李永斌袁琼江建中(上海大学自动化学院上海200072)摘要 首先分析了横向磁场电机实现转矩提升的基本原理 , 并在总结各种横向磁场电机拓扑 结构特点的基础上 , 设计了一种新型组合定子双边聚磁式横向磁场永磁电机 。介绍了样机的结构 特点 , 采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析 , 并给出了样机气隙磁密的三维分布图以及电 磁转矩计算结果等 , 样机试验与计算结果基本吻合 。关键词 : 横向磁场永磁电机聚磁三维等效磁网络中图分类号 : TM351Research on a Novel Transverse Flux Permanent2Magnetic Machine with a Concentrated Flux RotorL i YongbinY uan QiongJiang Jianzhong( Shanghai UniversityShanghai200072China)Abstract Firstly , the torque magnification theory of t ransverse flux machines ( TFM) is ana2 lyzed , and various topological st ructures of TFM are summarized. Then a novel t ransverse flux per2 manent2magnetic machine ( TFPM) , with an assembled stator and a double2side concentrated flux ro2 tor , is presented.Details of the particular st ructure are introduced.3D equivalent magnetic circuits ,a method to analyze 3D field , is used to design the prototype , and some solutions , such as airgap flux distributions and static torque , are given. Experimental results of the prototype agree with the design calculations.Key words :Transverse flux , permanent2magnetic machines , concentrated flux , 3D equivalentmagnetic network1引言随着电动车 、磁悬浮列车和舰船电力推动等大 功率电气传动技术的发展 , 人们开始对低速 、高转 矩密度 、直接驱动电机的要求日益迫切 , 以减小电 机的体积 、重量和原材料的消耗 , 提高材料利用 率 。然而对于传统结构的电机 , 由于流过磁通的齿 部和流过电流的电枢绕组占用同一截面 , 因此存在 着增加气隙磁通与提高绕组电流密度之间的矛盾 , 即磁通量与电流密度的乘积有一定的限制 , 输出转 矩难以得到根本上的提高 。横向磁场电机从理论上台达电力电子科教发展基金资助项目 (504925) 。 收稿日期 2002 - 11 - 12改稿日期 2003 - 05 - 20较好地解决了这一问题 。横向磁场电机 ( Transverse Flux Machine ——— TFM) 是上世纪 80 年代末由德国著名的电机专家 H1Weh 教授提出的一种新型电机结构形式[ 1～3 ] 。 与传统电机磁路结构不同 , TFM 的主磁路与电机 运动方向垂直 , 实现了磁路和电路结构上的解耦 , 可以根据需要改变磁路尺寸和线圈窗口来调节磁通 量和电流密度的大小 , 以获得较高的转矩密度 。德 国于 1988 年率先完成了首台 45kW 横向磁场永磁 电机 ( TFPM) 样机后[ 1 ] , 在 1999 年又将 TFPM 电机作为今后电动车发展的优选部件之一 ( 即 O KOFEH 计划) 加以资助和研究[ 6 ] ; 英国于 1997 年成功研制了首台用于轮船电力推进的 310MW 横 向磁场永磁电机 , 正准备进一步制造 20MW 样第 18 卷第 5 期李永斌等 一种新型聚磁式横向磁场永磁电机研究47机[ 4 ] ; 美国通用汽车公司也于