磁通切换永磁电机的优化设计

发布时间：2020-05-20 14:22

【摘要】：受能源稀缺和环境污染的影响,环保型与节能型汽车必然会受到越来越多的关注和喜爱。加快新能源汽车的发展,对我国实现汽车产业振兴、保障能源安全和实施节能减排具有重要意义。驱动电机作为新能源汽车的核心部件,成为了学者们重点研究的方向。而磁通切换永磁电机由于其独特的优势在众多类型的驱动电机中脱颖而出,磁通切换永磁电机作为新型的定子永磁型无刷电机,具有高功率和转矩密度,且转子结构简单,运行可靠。但是,磁通切换永磁电机较高的气隙磁密使得其具有较大的齿槽转矩,进而会产生较大的转矩波动。本文搭建了12槽10极磁通切换永磁电机模型,并阐释了其磁通切换原理和绕组具有一致性和互补性的特点,此外,建立了电机定转子坐标系下的数学模型,为磁通切换永磁电机设计方案的确立奠定了理论基础。同时,推导了磁通切换永磁电机的输出功率方程,根据设计方案中电机各个参数之间的关系得到电机的结构参数初始尺寸,并给出了该电机的通用设计流程,接着进行了仿真分析,涉及磁场分布、永磁磁链、空载反电动势、齿槽转矩和电磁转矩等静态特性。最后,基于12槽10极磁通切换永磁电机提出了切边齿、U型槽齿、凸缘齿三种新型齿形,通过有限元法从平均转矩、齿槽转矩、转矩波动等方面对不同新型齿形的转矩性能进行了全面的分析和评估。结果验证了所提出的三种新型齿形状,特别是转子U型槽齿和凸缘齿可以有效减小齿槽转矩和转矩波动,平均转矩只有轻微的减小。
【图文】：

密度比前面两种类型的电机较大。但是这两种类型电机永磁体的排放位置不同，使得图(c)永磁体产生的磁通路径为径向磁通，一般称之为径向内置式，图(d)永磁体产生的是切向永磁磁通，，故称之为切向内置式。其它各种类型的转子永磁型电机几乎都是在这四种基本结构上发展而来的。国内外针对这四种类型的电机进行了大量的研究，许多研究资料也给出了其设计流程、控制策略和制造工艺，转子永磁型电机的发展已相对较为成熟。(a) 表面粘贴式 (b) 表面插入式

27(c) 18r (d) 27r 图 3-3 永磁磁场分布根据图 3-3 能够看见每块永磁体和定子外部与空气相接触的部分都会存在一些漏磁。此外，根据图 3-4 局部放大发现永磁体和定转子间气隙的接触部分也存在一些漏磁，尽管如此，但是因为永磁体是沿着切线方向交替充磁，这样使得电机产生聚磁效应，相邻两块永磁体匝链的磁通聚集在定子齿处，然后通过气隙进入转子极形成闭合回路。因此，虽然 FSPM 电机不可避免的存在漏磁，但由于使用磁性很强的钕铁硼(NdFeB)材料且聚磁效应的作用，气隙磁密高达2.5T，使得该电机的气隙磁密比另外两种定子永磁型电机和传统转子永磁型电机要高的多，验证了 FSPM 电机相比传统的永磁电机能输出更大的电磁转矩。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM351

【参考文献】

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本文编号：2672755