少稀土双定子磁通切换永磁电机的设计与分析

发布时间：2018-05-27 18:02

本文选题：少稀土 + 磁通切换电机　；参考：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：稀土永磁电机因其具有功率密度高、转矩能力强和调速范围宽等优势,在工业驱动应用领域中受到了广泛的关注和应用。然而,随着稀土永磁材料在全球范围内成为战略资源之后,出现了不稳定的材料供应和波动幅度较大的交易价格。于是,在这样的背景下,一类少稀土或非稀土永磁电机逐渐引起了国内外电机领域内相关学者的研究兴趣。值得一提的是,尽管该类电机通过采用低磁能积的非稀土永磁材料作为永磁励磁源,并成功实现了稀土永磁材料用量的有效减少或者“零使用”的目的,但也随之对电机的功率密度和转矩能力造成了一定程度上的影响。因此,研究一种高功率密度、高转矩能力和高效率的少稀土或非稀土永磁电机成为了电机研究领域内的关注焦点和热门研究方向之一。在这样的背景下,本文提出和研究一种结构新颖的少稀土双定子磁通切换永磁(Less-Rare-Earth Double Stator Flux-Switching Permanent Magnet,简称LR-DSFSPM)电机。该电机通过结合“少稀土”、“双定子”以及“磁通切换”的三重设计理念,在实现有效减少稀土永磁体的用量和降低材料成本的基础上,不仅继承了磁通切换电机固有的聚磁效应强、转矩密度高、转子结构鲁棒性强等优点,而且具备双定子电机内部空间利用率高、功率密度高、运行模式多样的优势,从而在电动汽车、混合动力汽车等多个领域拥有潜在的应用前景。本文的主要研究内容如下:首先,本文简要说明了课题的研究背景及意义,介绍了学科领域内相关电机的研究发展现状,包括:少稀土电机、双定子电机及磁通切换电机等电机的研究发展情况。其次,本文介绍了所提出电机的结构特点和运行原理。并且,从电机转子极数、永磁体尺寸和绕组设计等方面展开了初始设计。此外,在参数设计过程中,以平均转矩和转矩峰峰值为设计目标,并通过采用单一参数优化法,针对性地确定了关键的结构参数和有效地缩小了相应的参数优化范围。在此基础之上,将响应面分析法引入到参数优化设计中,快速且便捷地获得了参数变化对目标引起的变化趋势,并经综合权衡后确定了关键参数的最优值,为后续电机的电磁性能分析和动态运行特性研究奠定了基础。随后,本文对LR-DSFSPM电机内外电机的气隙磁密、反电势和转矩等基本电磁性能进行了分析,验证了该电机设计的有效性和内外电机各自独立及同时运行的可行性,为该电机的多模式运行提供了前提条件。考虑到电动汽车的潜在驱动应用中,通常存在频繁的启停、高速和重载爬坡等多种驱动工况,从而本文针对该电机在不同运行模式下的多工况运行特性进行了详细地仿真研究。过程中,通过灵活分配内外电机的功率比例和协调内外电机的运行模式,使得该电机在面对复杂工况时,显现出丰富的工况驱动选择,具备提供所需转矩和转速的补偿运行能力,进而能够满足多种驱动需求。最后,综合考虑了LR-DSFSPM电机样机的加工可行性,确定了样机加工方案。然而,由于电机结构具有双层气隙和空间集成度高的特点,从而加工难度要大于传统永磁同步电机,进而导致较长的加工周期。需要说明的是,目前,原理样机正处于装配过程中,且相应的章节针对该电机的部分加工部件进行了展示。一旦完成样机的制造和装配,课题组将进行电机的性能测试工作,为电机的设计合理性提供进一步的验证。
[Abstract]:A rare - earth or non - rare earth permanent magnet motor with high power density , high torque capacity and high efficiency has attracted much attention in the field of motor research . This paper gives a brief description of the research background and significance of the motor in the field of electric vehicles , hybrid vehicles and so on . The principle prototype is in the assembly process , and the corresponding sections are presented for the part of the machine parts of the motor . Once the prototype manufacturing and assembly are completed , the test group will perform the performance test of the motor and provide further verification for the design rationality of the motor .
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM351

【参考文献】