电动汽车用П型双凸极永磁电机设计与分析
近年我国环境污染问题逐渐突出,大部分地区更不断遭受强雾霾天气,危害着人们健康,我国作为传统燃油汽车大国,减少温室气体排放被认为是解决当前环境不断恶化的首选方案之一。区别于传统燃油汽车,电动汽车是一种以电能作为驱动能源的现代交通工具,因此近年得到我国政府大力支持,得到了快速发展。而电机作为电动汽车关键部件之一,直接影响到电动汽车的总体性能,因此对新型驱动电机的研究也越来越多。不同于其他几种驱动电机,永磁电机,尤其是稀土永磁电机效率高、体积小、易于维护,在电动汽车领域得到广泛应用。<br>  就永磁电机而言,可以根据永磁体安...
近年我国环境污染问题逐渐突出,大部分地区更不断遭受强雾霾天气,危害着人们健康,我国作为传统燃油汽车大国,减少温室气体排放被认为是解决当前环境不断恶化的首选方案之一。区别于传统燃油汽车,电动汽车是一种以电能作为驱动能源的现代交通工具,因此近年得到我国政府大力支持,得到了快速发展。而电机作为电动汽车关键部件之一,直接影响到电动汽车的总体性能,因此对新型驱动电机的研究也越来越多。不同于其他几种驱动电机,永磁电机,尤其是稀土永磁电机效率高、体积小、易于维护,在电动汽车领域得到广泛应用。
  就永磁电机而言,可以根据永磁体安放的位置分为定子永磁式和转子永磁式,其中转子永磁式电机的发展历史更为悠久,其影响和应用也更为深远。定子永磁式电机是一种新型电机,现有的定子永磁式电机主要包括三类:双凸极永磁(Doubly Salient Permanent Magnet, DSPM)电机、磁通反向永磁(Flux Reversal Permanent Magnet, FRPM)电机和磁通切换永磁(Flux Switching Permanent Magnet, FSPM)电机。与转子永磁式相比,定子永磁式的最大优势在于:永磁体以及绕组均位于电机定子,而电机转子仅仅是设有凸极的铁心,结构简单、机械强度高,适合高转速等应用场合,这一点符合电动汽车用驱动电机要求。
  DSPM电机是在开关磁阻电机定子上加装一对或多对永磁体发展而来的,它既有开关磁阻电机高可靠性、高机械强度等特点,又有永磁电机的高功率密度、高效率等优点。然而已有研究方案中的DSPM电机,由于其电机设计本身存在磁路不对称的问题,造成三相空载磁链等电磁特性的不平衡,导致该电机具有较高的转矩脉动,限制了DSPM电机的发展。
  基于以上分析,以电动汽车驱动电机的要求为应用背景,本文提出了一种П型DSPM(П-DSPM)电机,从电机结构本身解决了三相磁路不对称的问题,三相绕组的电磁特性平衡,降低了电机转矩波动。
  本文的主要内容包括:
  1.提出了一种П-DSPM电机,描述了电机基本结构,并从发电机运行的角度介绍了电机运行原理,利用等效磁路法对气隙磁通密度进行解析计算,阐述了П-DSPM电机符合磁齿轮调制原理,基于此设计了电机的绕组配置,利用有限元软件验证了结论,并分析计算了有效气隙磁通密度谐波对П-DSPM电机的电磁转矩的贡献度。
  2.推导了П-DSPM电机输出功率方程,分析了电机一系列重要参数,如定子外径、叠片轴长;然后对定、转子齿极数、绕组计算等参数设计;利用有限元软件JMAG对定子内外径、转子齿宽等参数化优化;最终获得了样机系列参数。
  3.使用有限元法(finite element method,FEA)研究了П-DSPM电机特性,对主要特性进行了仿真。
  4.对П-DSPM电机损耗进行仿真计算,主要分析了定转子铁心损耗、铜耗,对铁心涡流损耗和磁滞损耗分别予以计算。最后根据各损耗计算了电机效率。
  5.在П-DSPM样机的基础上搭建实验平台,完成相关测试,验证了П-DSPM电机结构、运行原理和计算的准确性。
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作者: 孙延东
学科专业: 控制科学与工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 江苏大学
导师姓名: 朱孝勇
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: TM351 U469.72
在线出版日期: 2019年3月27日