摘要
风力发电是可再生能源利用中最具发展潜力和规模的途径之一。直驱式外转子永磁同步风力发电机将转子安装于定子外侧，这提供了更多的磁极安装空间，并且不需要安装固定永磁体的紧圈，散热条件好；不需要中间传动装置，可靠性高；易于实现低风速区风能的有效利用。但是，电机仍然存在气隙磁场谐波含量高、永磁体材料用量多等问题。Halbach永磁阵列通过磁极充磁角度的特殊设计，有利于实现聚磁，提高气隙磁场强度，提升电机的发电效率，同时节省永磁体材料的使用，降低电机制造成本。 本文通过对电机的定、转子尺寸、电磁负荷、极槽配比等参数进行计算，完成符合电机设计指标的参数设计。利用电机设计软件RMxprt完成该电机的磁路计算，得到了直驱式外转子永磁同步风力发电机的初步设计模型。利用ANSYSMaxwell有限元分析软件，建立了90度Halbach永磁阵列和45度Halbcah永磁阵列的电机电磁场仿真模型。通过对比Halbach永磁阵列电机和传统电机的气隙磁密和输出电压，证明了45度Halbach永磁阵列可以更有效的优化电机的气隙磁场、提高电机的输出电压质量。并且对45度Halbach永磁阵列的永磁体块的厚度和宽度比进行了优化设计，得出了45度Halbach永磁阵列的最优充磁方案。 最后在Ansys热仿真软件中建立了45度Halbach永磁阵列直驱式外转子同步风力发电机的热仿真模型。分别计算了电机在额定工况、（0.5-1.5）倍额定转速、（-10到40℃）环境温度运行时的温度分布情况。仿真结果表明，电机不存在局部过热情况，Halbach阵列永磁同步风力发电机在不同工况环境下均可稳定运行。
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