非晶合金高速开关磁阻电机电磁及振动特性研究

发布时间：2020-11-12 21:17

　　 相比于永磁电机,开关磁阻电机在峰值转速能力、可靠性、性价比等方面具有明显优势,是目前电动汽车中高速驱动电机的首选之一。但传统开关磁阻电机效率相对较低,为解决该问题,本文采用非晶合金材料来替代传统硅钢材料。但非晶合金材料的引入同时会带来了其他问题,主要包括:(1)非晶合金定子铁心难以加工成复杂形状,加工成型工艺对材料的电磁和机械属性以及电机的性能会产生很大影响;(2)振动问题突出是开关磁阻电机的共性问题,非晶合金材料的引入对该问题的影响程度需要重点评估。针对上述问题,本文重点对非晶合金高速开关磁阻电机的电磁及振动特性进行研究,主要的研究工作包括以下几个方面:首先,针对非晶合金铁心的加工成型工艺对材料属性的影响,设计并加工一系列铁心样本,通过实验测试,得到不同尺寸、不同叠压系数、不同退火工艺以及不同工作频率下非晶合金铁心的B-H曲线以及铁损曲线等磁性能的变化规律。基于测试结果,结合传统高速开关磁阻电机的设计原则,研究并提出适合于高效、高性能非晶合金高速开关磁阻电机的电磁设计方案;并与传统硅钢高速开关磁阻电机进行对比分析。其次,针对非晶合金高速开关磁阻电机的电磁激励源问题,基于气隙磁导法和麦克斯韦张力张量法推导不同电流下电机的径向电磁力波和切向电磁力波的数学表达式,分析电磁转矩与切向电磁力波之间的数学关系,并由此给出一般性变化规律。建立非晶合金高速开关磁阻电机的电磁场模型,重点研究不同电流控制方式对径向电磁力波和切向电磁力波谐波含量的影响规律,通过仿真结果与解析结果的对比验证,确定理论方法在快速定性分析电磁激励源随电流变化规律的可行性。再次,结合非晶合金高速开关磁阻电机定子叠片系数较低的特点,研究其定子系统结构场的精确建模,并对其固有模态频率进行分析。并结合样机定子铁心的模态实验,通过对比分析解析、仿真与实验结果的差异性,揭示非晶合金材料属性对精确建模方法的影响规律。基于所建立的定子系统结构场模型,研究机壳和铁心等材料、散热筋和水路等冷却结构对非晶合金高速开关磁阻电机定子系统模态频率的影响,由此得到该类电机结构的优化设计方法。最后,根据不同驱动电流对电机电磁力波和转矩波动的影响,将电磁激励源施加于所建立的定子系统结构场中,利用谐响应分析来计算非晶合金高速开关磁阻电机的振动速度,从而研究不同电流下电机振动特性,并从振动抑制角度提出电流优化方法。基于电磁振动的仿真模型,对比非晶合金高速开关磁阻电机与传统硅钢高速开关磁阻电机在激励源特性、定子系统模态频率、磁致伸缩系数以及振动特性的区别,分析非晶合金高速开关磁阻电机的振动的劣势。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM352
【部分图文】：

0 世纪 8（7.5 k应用于阻电机的研究比、凸京理科永磁电近的开证实了速范围要13900 r/m严重影并进行度小、效电机小80 年代，英kW，1500 r于多个领域。机在高速领域究成为一大热极转子结构科大学学者 Y电机的性能指开关磁阻电机了高速下开关要求越来越min，该电机影响了电机效行了对比研究效率更高；、调速性能英国 TASC Dr/min）投放特别的，因域中有较大热点。目前，构的优化分Yuichi Taka指标，尝试将机，所设计的关磁阻电机越宽，Toy机在输出功效率。针对该究，结果证最重要的是能更好，适Drives 有限放于市场[17因其高可靠性大的优势。当，国内外高分析以及电机ano 等人根将无稀土电的电机在低机铁损明显小yota Prius功率上升至该问题，K明开关磁阻是在宽调速适合今后电动限公司将世界]。此后，开性、高调速当功率器件高速开关磁阻机损耗比的根据日本国内电机应用于低速和高速下小于永磁电第三代永60 kW 时电Kiyota K 等人阻电机在大速范围内开关动汽车领域界上第一台开关磁阻电速范围、高性蓬勃发展后阻电机的研的影响等几方内应用比较电动汽车中下的效率都电机[18]。随永磁电机转电流增加的人设计了同功率和高速关磁阻电机域的应用[19]。台商业用开关电机被大力发性价比等优点后，高速开关研究主要集中方面。较广泛的 50中，设计了性都高于永磁电随着电动车用转速已经达的非常快，铜同尺寸的开关速工况下，电机效率下降速关发点关中k性电用达铜关电速

0 世纪 8（7.5 k应用于阻电机的研究比、凸京理科永磁电近的开证实了速范围要13900 r/m严重影并进行度小、效电机小80 年代，英kW，1500 r于多个领域。机在高速领域究成为一大热极转子结构科大学学者 Y电机的性能指开关磁阻电机了高速下开关要求越来越min，该电机影响了电机效行了对比研究效率更高；、调速性能英国 TASC Dr/min）投放特别的，因域中有较大热点。目前，构的优化分Yuichi Taka指标，尝试将机，所设计的关磁阻电机越宽，Toy机在输出功效率。针对该究，结果证最重要的是能更好，适Drives 有限放于市场[17因其高可靠性大的优势。当，国内外高分析以及电机ano 等人根将无稀土电的电机在低机铁损明显小yota Prius功率上升至该问题，K明开关磁阻是在宽调速适合今后电动限公司将世界]。此后，开性、高调速当功率器件高速开关磁阻机损耗比的根据日本国内电机应用于低速和高速下小于永磁电第三代永60 kW 时电Kiyota K 等人阻电机在大速范围内开关动汽车领域界上第一台开关磁阻电速范围、高性蓬勃发展后阻电机的研的影响等几方内应用比较电动汽车中下的效率都电机[18]。随永磁电机转电流增加的人设计了同功率和高速关磁阻电机域的应用[19]。台商业用开关电机被大力发性价比等优点后，高速开关研究主要集中方面。较广泛的 50中，设计了性都高于永磁电随着电动车用转速已经达的非常快，铜同尺寸的开关速工况下，电机效率下降速关发点关中k性电用达铜关电速

1-4因此单层只和能忽对电一种英国谢菲所示）对电此，磁路比单层结构每一和每相绕组忽略，并且电流进行优种能使 SRM菲尔德大学的电机性能的单层结构更一个线圈的匝组的自感有关且影响转矩性优化，从而得M 在四象限图 1-3的诸自强教的影响。双层更短，铁心更匝数是双层关；而互感耦性能[22]。除得到较好的限运行，并且转子分块电教授分析了层结构中每更不易饱和。层结构的两倍耦合绕组结除了对电机的转矩波形。且能有效降电机结构开关磁阻电每相所在的极。为了保证两倍。其中无互结构的电机中本体的优化比如，美降低电机转矩电机不同绕极数是单层两种结构每互感绕组结中各相绕组化，还可以美国 R. Mik矩脉动的控绕组结构（如层结构的两倍每相匝数一致结构的电机转组之间的互感以从控制的角kail 等人提出控制算法[23]如图倍，致，转矩感不角度出了。
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本文编号：2881253