电动汽车用开关磁通永磁电机的分析与优化设计

发布时间：2017-10-21 18:08

  本文关键词：电动汽车用开关磁通永磁电机的分析与优化设计

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【摘要】：开关磁通永磁电机是一种新型的双凸极永磁电机，既具有开关磁阻电机结构简单机械强度高的优点又具有永磁电机高功率密度的特性。开关磁通永磁电机的反电势波形为正弦波，克服了开关磁阻电机因频繁电流切换引起较大噪音与振动的缺点，适用于多种交流调速场合。开关磁通永磁电机的绕组与永磁体均放在定子上，避免了高速运行永磁体被甩落以及散热困难引发的退磁问题。开关磁通电机的性能优势使其非常适合作为电动汽车轮毂电机，是近几年热门的研究方向。针对电动汽车加速性和舒适性的需求，本文设计分析了电动汽车用的开关磁通永磁电机，特别针对开关磁通永磁电机的转矩性能进行优化设计研究。 本文首先从开关磁通永磁电机的理论入手，介绍了开关磁通永磁电机的工作原理，通过磁路方程、电路方程、机械方程、电磁转矩方程建立电机的数学模型，并通过d-q坐标变换，建立d-q坐标下的电机模型，为开关磁通永磁电机设计方案的确立提供了理论基础。 其次，针对开关磁通永磁电机的特殊新型结构，，本文介绍关于开关磁通永磁电机的独有的设计特点，详细地分析电机材料、磁路结构、尺寸配比的选择方法并进行主要参数和绕组计算，确定开关磁通永磁电机的初步设计方案。利用Ansoft有限元软件建立符合电机指标的12槽10极和12槽11极结构的开关磁通永磁电机模型，并进行仿真分析，验证电机的性能达到指标要求。 而后，研究结构参数对开关磁通永磁电机转矩性能的影响。分别对气隙长度、定转子齿宽、定子轭部厚度、转子齿高等结构参数最优范围进行分析，从而得出12槽10极和12槽11极结构开关磁通永磁电机转矩性能较好的设计方案。 最后，针对开关磁通永磁电机双凸极结构转矩波动大的问题，在保持定子结构与绕组连接方式不变的前提下，提出五种新型的转子齿结构分别对12槽10极、12槽11极的开关磁通永磁电机进行局部优化。这五种转子齿结构分别是转子齿开V型槽结构，阶梯转子齿结构，偏心转子齿结构，阶梯转子齿与转子齿开V型槽结合结构，偏心转子齿与转子齿开V型槽结合结构。本文给出这五种转子齿结构的优化设计过程，并对比这五种转子齿结构对开关磁通永磁电机性能的影响，验证新型转子齿结构能够改善开关磁通永磁电机的转矩性能。
【关键词】：开关磁通永磁电机 结构参数 转矩性能 转子齿结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外发展与研究现状11-17
• 1.2.1 电动汽车驱动电机的发展与研究现状11-12
• 1.2.2 国外开关磁通永磁电机的发展与研究现状12-16
• 1.2.3 国内开关磁通永磁电机的发展与研究现状16-17
• 1.3 本文主要工作17-19
• 第2章 开关磁通永磁电机工作原理及主要参数确定19-27
• 2.1 开关磁通永磁电机结构19
• 2.2 开关磁通永磁电机的工作原理19-21
• 2.3 开关磁通永磁电机的数学模型21-26
• 2.3.1 磁路与电路基本方程21-24
• 2.3.2 机械运动方程24-25
• 2.3.3 电磁转矩方程25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 开关磁通永磁电机的基本电磁设计与有限元分析27-48
• 3.1 开关磁通永磁电机的电磁设计特点分析27-30
• 3.1.1 电机指标27
• 3.1.2 电机的设计特点分析27-28
• 3.1.3 主要参数的确定28-30
• 3.2 12 槽 10 极开关磁通永磁电机的初步方案设计与有限元分析30-38
• 3.2.1 绕组的计算30-33
• 3.2.2 12 槽 10 极开关磁通永磁电机的有限元分析33-38
• 3.3 12 槽 11 极开关磁通永磁电机的初步方案设计与有限元分析38-42
• 3.3.1 绕组的计算38-39
• 3.3.2 12 槽 11 极开关磁通永磁电机的有限元分析39-42
• 3.4 开关磁通永磁电机与传统永磁电机的比较分析42-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 开关磁通永磁电机结构参数对转矩性能的影响48-60
• 4.1 气隙长度对电机转矩性能的影响48-50
• 4.2 转子齿宽对电机转矩性能的影响50-52
• 4.3 定子齿宽对电机转矩性能的影响52-54
• 4.4 定子轭部厚度对电机转矩性能的影响54-57
• 4.5 转子齿高对电机转矩性能的影响57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 开关磁通永磁电机的转子齿局部结构优化设计60-80
• 5.1 转子齿开 V 型槽结构对电机转矩性能的影响60-64
• 5.2 阶梯转子齿结构对电机转矩性能的影响64-66
• 5.3 偏心转子齿结构对电机转矩性能的影响66-68
• 5.4 阶梯转子齿与转子齿开 V 型槽结合结构对电机转矩性能的影响68-71
• 5.5 偏心转子齿与转子齿开 V 型槽结合结构对电机转矩性能的影响71-73
• 5.6 五种新型结构对电机性能影响的比较分析73-78
• 5.6.1 齿槽转矩比较分析73-74
• 5.6.2 电磁转矩比较分析74-75
• 5.6.3 磁链比较分析75-76
• 5.6.4 反电势比较分析76-78
• 5.7 本章小结78-80
• 结论与展望80-82
• 参考文献82-87
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-88
• 致谢88

【共引文献】

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本文编号：1074632