摘要：轴向磁场磁通切换永磁（Axial Field Flux-Switched Permanent Magnet，简称AFFSPM）电机是一种采用磁通切换原理的定子型永磁电机，它具有轴向尺寸短、效率高、转矩密度大，结构紧凑等优点，在电动汽车和风力发电等领域具有十分良好的应用前景。

本文以6/13极轴向磁场磁通切换永磁电机为例，为了提高电机的效率，降低电机的转矩脉动，基于改进布谷鸟算法对该电机进行多目标优化。

首先介绍了电机的基本结构和磁通切换原理，根据功率方程对电机的初始尺寸进行了设计；然后介绍了ANSYS有限元分析软件的功能和电磁场分析步骤，使用ANSYS对AFFSPM电机进行建模以及电磁场仿真分析，分别对电机齿槽转矩和空载反电动势THD进行求解；接着基于JMP的响应曲面法拟合永磁体厚度和转子齿宽的目标函数表达式，并使用改进的布谷鸟算法进行计算，得到最优解，并与优化前的仿真结果进行对比。结果表明，基于改进的布谷鸟算法优化后的电机其齿槽转矩峰峰值降低了57.4%，且空载反电动势总谐波畸变率降低了10%。

关键词：轴向磁场；磁通切换；齿槽转矩；空载反电动势总谐波畸变率；响应曲面法；布谷鸟算法

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 本课题研究的背景及意义-1

1.2 本课题的研究现状-2

1.3 本课题的主要研究内容-3

第二章 轴向磁场磁通切换永磁电机的基本介绍-3

2.1 AFFSPM电机的基本结构-4

2.2 AFFSPM电机的运行原理-4

2.3 AFFSPM电机的初始尺寸设计-5

2.4 本章小结-8

第三章 基于ANSYS轴向磁场磁通切换永磁电机三维建模-9

3.1 有限元软件介绍-9

3.1.1 ANSYS软件功能-9

3.1.2 基于ANSYS软件的有限元分析-10

3.1.3 基于ANSYS建模基本步骤-10

3.2 AFFSPM电机的三维建模-11

3.2.1 定子铁芯模型-11

3.2.2 永磁体模型-12

3.2.3电枢线圈模型-13

3.2.4 转子齿模型-14

3.2.5 非导磁固定盘模型-14

3.2.6 材料属性设置-15

3.2.7 永磁体充磁方向设置-15

3.2.8 励磁电流方向和电枢绕组匝数设置-16

3.2.9 边界条件设置-18

3.3 本章小结-18

第四章 轴向磁场磁通切换永磁电机多目标优化设计-20

4.1 电机结构参数对电机性能的影响-20

4.1.1 结构参数与优化目标的选择-20

4.1.2 齿槽转矩-20

4.1.3 空载反电动势总谐波畸变率-21

4.2 基于改进布谷鸟算法对AFFSPM电机的优化设计-23

4.2.1 改进布谷鸟算法简介-23

4.2.2 优化目标函数的建立-23

4.2.3 基于改进布谷鸟算法的求解-24

4.3 AFFSPM电机优化前后结果分析对比-25

4.4 本章小结-26

第五章 总结与展望-28

5.1 全文总结-28

5.2 对社会、环境、经济的影响-28

5.3课题展望-29

参考文献-30

致  谢-32