高性能afpm无刷盘式电机的结构设计(附件)
高性能AFPM无刷盘式电机具有结构简单、轴向结构紧凑和无级调速等特点，相对于传统径向电机，轴向永磁无刷直流电机的气隙是一个平面，气隙磁场为轴向分布，具有较高的转矩惯量比和功率密度。本文根据磁路模型原理，提出了一种新型高性能AFPM无刷盘式电机的设计方案，首先对电机磁路进行设计，推导出电机基本的电磁关系，然后计算电机整体结构参数，并对结构参数和设计要求进行优化，最后通过对电机优化前后效果分析，改进电机设计方案。此类电机没有涡流和磁滞损耗，因此节能效果显著，在电动车辆、高档家用电器等领域中有广泛的应用前景。关键词 AFPM，工作原理，结构设计，优化分析目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.1.1 课题研究的背景 1
1.1.2 课题研究的意义 1
1.2 高性能AFPM无刷盘式电机的研究现状 1
1.2.1 高性能AFPM无刷盘式电机研究现状 1
1.2.2 高性能AFPM无刷盘式电机发展展望 2
1.3 高性能AFPM无刷盘式电机在现代汽车中的应用 2
1.4 课题研究的内容 3
2 高性能AFPM无刷盘式电机的设计方案 3
2.1 高性能AFPM无刷盘式电机设计的所用材料 4
2.2 高性能AFPM无刷盘式电机设计的思路 5
2.3 高性能AFPM无刷盘式电机与RFPM电机的比较 6
2.4 高性能AFPM无刷盘式电机的确定 6
3 高性能AFPM无刷盘式电机的工作机理研究 7
3.1 高性能AFPM无刷盘式电机的工作原理 7
3.2 高性能AFPM无刷盘式电机电磁特性分析 8
3.3 高性能AFPM无刷盘式电机的动态过程分析 8
4 高性能AFPM无刷盘式电机结构设计 9
4.1 CAD软件的介绍 9
4.2 确定主要尺寸 9
4.2.1 永磁体厚度的设计 10
4.2.2 电机气隙的设计 11
4.2.3 永磁体展开比例的设计 11
4.3 绕组的设计 12
4.4 电枢线
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
FPM无刷盘式电机的动态过程分析 8
4 高性能AFPM无刷盘式电机结构设计 9
4.1 CAD软件的介绍 9
4.2 确定主要尺寸 9
4.2.1 永磁体厚度的设计 10
4.2.2 电机气隙的设计 11
4.2.3 永磁体展开比例的设计 11
4.3 绕组的设计 12
4.4 电枢线圈的构造设计 13
4.5 实际计算参数 14
4.6 电机结构图绘制 16
4.6.1 转子结构图 16
4.6.2 定子结构图 16
4.6.3 转轴结构图 17
4.6.4 永磁体结构图 17
4.6.5 磁座体结构图 18
4.6.6 电机装配图 18
5 高性能AFPM无刷盘式电机的优化研究 19
5.1 高性能AFPM无刷盘式电机结构及尺寸优化 19
5.1.1 气隙厚度优化 19
5.1.2 极数的优化选择 19
5.2 高性能AFPM无刷盘式电机优化前后性能对比 19
5.3 优化效果分析 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
轴向磁通永磁直流电动机(Axial-Flux Brushless Permanent Magnet Machine，以下简称AFPM)早在1967年就由Henry Bandit发明。无刷盘式电机不仅结构简单、轴向长度短，还具有低惯性、高功率密度和良好的热分散的优点。随着节能高效的永磁材料的快速发展，数控机床、多功能机器人、卫星天线等跟踪系统的需要，轴向磁通永磁无刷电机逐渐成为了电机研究开发的焦点。这些场合的应用对高性能AFPM无刷盘式电机提出了更高的性能要求，首先必须具有薄型的安装结构，另一方面要求提高电机的转矩/重量比。早在上世纪七十年代，世界上一些先进工业国家就开始研制盘式永磁电机，我国从七十年代末开始研制盘式电机，逐渐加大研究的力度。就目前来看，盘式无刷直流电机的生产和研发远远赶不上需求，因此AFPM电机的研究与设计，可以促进我国电机产业的发展。
1.1.2 课题研究的意义
近年来，国外工程师在低转速高转矩直接系统中，多使用这种电机。经过设计，这种电机可以具有很高的转矩/重量比，特别在许多有空间限制的应用程序，例如风力发电、飞机、轮船等领域。随着轴向磁通永磁无刷直流电机的技术逐渐成熟，在家用电器，汽车工业、仪器仪表行业和计算机得到更为广泛的应用。在电冰箱和空调器等高档家用电器中，采用AFPM电机，可以实现“智能化”控制，而且还可有效地节约空间和提高运行效率，由于具有以上优势，这种电机吸引了国内外学者的关注。
1.2 高性能AFPM无刷盘式电机的研究现状
1.2.1 高性能AFPM无刷盘式电机研究现状
第一台轴向磁场盘式永磁电机是在1821年由法拉第发明，但是这种电机并没有被大范围推广，受限于当时材料和技术的限制，径向磁场电机展现出了比轴向磁场盘式电机展现出了更好地性能优势，轴向永磁盘式电机逐渐被径向磁场电机所取代。但是径向磁场电机有其固有的缺点，就是有齿根部的“瓶颈”现象，这种现象使电机的散热效率较差。近年来，轴向磁场永磁电机技术越来越成熟，因此成为新的研究热点。与传统的径向磁场电机相比，转子的转动惯量小，转矩/重量比大。
南京理工大学的戴建国博士，在盘式电机的设计、分析和改善方面提出较为新颖的观点。运用仿真和参数化的分析方法，对盘式电机进行分析。戴建国着重介绍了AFBPM-DM电机的运行工作原理，以及根据实际尺寸约束和性能需求来设计，对电动机的初步设计目标进行设定，例如盘式电机的额定电压为36V，额定电流为12A，额定转速为3600r/min。戴建国提出的一些设计方案，包括绕组设计、材料的选择确定主要尺寸等。
1.2.2 高性能AFPM无刷盘式电机发展展望
AFPM无刷盘式电机作为一种新型电机，其结构具有扁平的特点，径向尺寸比较小，在一些薄型安装场合中得到了广泛的应用，但由于盘式永磁无刷直流电机的发展历史不长，设计制造流程还不完善，还有很多设计和制造的问题亟待解决。
1）加深对电机设计、永磁材料的研究
AFPM电机与普通径向电机有较大的差别，普通径向电机的设计规则和标准不适用于AFPM电机，所以在这种电机的设计过程中，结合电机的结构特点，编制出较为合适的设计程序，加大新型永磁
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.1.1 课题研究的背景 1
1.1.2 课题研究的意义 1
1.2 高性能AFPM无刷盘式电机的研究现状 1
1.2.1 高性能AFPM无刷盘式电机研究现状 1
1.2.2 高性能AFPM无刷盘式电机发展展望 2
1.3 高性能AFPM无刷盘式电机在现代汽车中的应用 2
1.4 课题研究的内容 3
2 高性能AFPM无刷盘式电机的设计方案 3
2.1 高性能AFPM无刷盘式电机设计的所用材料 4
2.2 高性能AFPM无刷盘式电机设计的思路 5
2.3 高性能AFPM无刷盘式电机与RFPM电机的比较 6
2.4 高性能AFPM无刷盘式电机的确定 6
3 高性能AFPM无刷盘式电机的工作机理研究 7
3.1 高性能AFPM无刷盘式电机的工作原理 7
3.2 高性能AFPM无刷盘式电机电磁特性分析 8
3.3 高性能AFPM无刷盘式电机的动态过程分析 8
4 高性能AFPM无刷盘式电机结构设计 9
4.1 CAD软件的介绍 9
4.2 确定主要尺寸 9
4.2.1 永磁体厚度的设计 10
4.2.2 电机气隙的设计 11
4.2.3 永磁体展开比例的设计 11
4.3 绕组的设计 12
4.4 电枢线
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
FPM无刷盘式电机的动态过程分析 8
4 高性能AFPM无刷盘式电机结构设计 9
4.1 CAD软件的介绍 9
4.2 确定主要尺寸 9
4.2.1 永磁体厚度的设计 10
4.2.2 电机气隙的设计 11
4.2.3 永磁体展开比例的设计 11
4.3 绕组的设计 12
4.4 电枢线圈的构造设计 13
4.5 实际计算参数 14
4.6 电机结构图绘制 16
4.6.1 转子结构图 16
4.6.2 定子结构图 16
4.6.3 转轴结构图 17
4.6.4 永磁体结构图 17
4.6.5 磁座体结构图 18
4.6.6 电机装配图 18
5 高性能AFPM无刷盘式电机的优化研究 19
5.1 高性能AFPM无刷盘式电机结构及尺寸优化 19
5.1.1 气隙厚度优化 19
5.1.2 极数的优化选择 19
5.2 高性能AFPM无刷盘式电机优化前后性能对比 19
5.3 优化效果分析 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
轴向磁通永磁直流电动机(Axial-Flux Brushless Permanent Magnet Machine，以下简称AFPM)早在1967年就由Henry Bandit发明。无刷盘式电机不仅结构简单、轴向长度短，还具有低惯性、高功率密度和良好的热分散的优点。随着节能高效的永磁材料的快速发展，数控机床、多功能机器人、卫星天线等跟踪系统的需要，轴向磁通永磁无刷电机逐渐成为了电机研究开发的焦点。这些场合的应用对高性能AFPM无刷盘式电机提出了更高的性能要求，首先必须具有薄型的安装结构，另一方面要求提高电机的转矩/重量比。早在上世纪七十年代，世界上一些先进工业国家就开始研制盘式永磁电机，我国从七十年代末开始研制盘式电机，逐渐加大研究的力度。就目前来看，盘式无刷直流电机的生产和研发远远赶不上需求，因此AFPM电机的研究与设计，可以促进我国电机产业的发展。
1.1.2 课题研究的意义
近年来，国外工程师在低转速高转矩直接系统中，多使用这种电机。经过设计，这种电机可以具有很高的转矩/重量比，特别在许多有空间限制的应用程序，例如风力发电、飞机、轮船等领域。随着轴向磁通永磁无刷直流电机的技术逐渐成熟，在家用电器，汽车工业、仪器仪表行业和计算机得到更为广泛的应用。在电冰箱和空调器等高档家用电器中，采用AFPM电机，可以实现“智能化”控制，而且还可有效地节约空间和提高运行效率，由于具有以上优势，这种电机吸引了国内外学者的关注。
1.2 高性能AFPM无刷盘式电机的研究现状
1.2.1 高性能AFPM无刷盘式电机研究现状
第一台轴向磁场盘式永磁电机是在1821年由法拉第发明，但是这种电机并没有被大范围推广，受限于当时材料和技术的限制，径向磁场电机展现出了比轴向磁场盘式电机展现出了更好地性能优势，轴向永磁盘式电机逐渐被径向磁场电机所取代。但是径向磁场电机有其固有的缺点，就是有齿根部的“瓶颈”现象，这种现象使电机的散热效率较差。近年来，轴向磁场永磁电机技术越来越成熟，因此成为新的研究热点。与传统的径向磁场电机相比，转子的转动惯量小，转矩/重量比大。
南京理工大学的戴建国博士，在盘式电机的设计、分析和改善方面提出较为新颖的观点。运用仿真和参数化的分析方法，对盘式电机进行分析。戴建国着重介绍了AFBPM-DM电机的运行工作原理，以及根据实际尺寸约束和性能需求来设计，对电动机的初步设计目标进行设定，例如盘式电机的额定电压为36V，额定电流为12A，额定转速为3600r/min。戴建国提出的一些设计方案，包括绕组设计、材料的选择确定主要尺寸等。
1.2.2 高性能AFPM无刷盘式电机发展展望
AFPM无刷盘式电机作为一种新型电机，其结构具有扁平的特点，径向尺寸比较小，在一些薄型安装场合中得到了广泛的应用，但由于盘式永磁无刷直流电机的发展历史不长，设计制造流程还不完善，还有很多设计和制造的问题亟待解决。
1）加深对电机设计、永磁材料的研究
AFPM电机与普通径向电机有较大的差别，普通径向电机的设计规则和标准不适用于AFPM电机，所以在这种电机的设计过程中，结合电机的结构特点，编制出较为合适的设计程序，加大新型永磁
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