电动车用永磁同步磁阻电机及其转矩脉动抑制研究

发布时间：2020-08-07 08:36

【摘要】：永磁同步磁阻电机由于其高转矩密度、宽调速范围和较低的成本,成为电车用电机近年来的研究热点。全文针对永磁同步磁阻电机磁路分析与数学建模、电感参数及凸极比、转子结构设计难点和主要尺寸、永磁磁链选取和转矩脉动抑制展开研究,为该种结构电机提供设计思想和理论指导。概述永磁同步磁阻电机不同结构形式,选择横向叠压转子结构。给出电机在数学模型和空间矢量图,并进行理论分析。考虑电动车用电机的恒功率调速范围要宽,得到不同电感参数下,全速域范围内电磁功率的变化规律,对设计时电感参数的选取提供指导意见。根据电感的选取原则,建立dq轴等效磁路模型,推导出dq轴电感、凸极比与永磁体层数和主要尺寸的变化规律,与磁障端部开口的磁阻电机仿真对比。理论推导出磁阻转矩和永磁转矩的表达式,并与实际饱和情况进行对比分析,得到永磁体主要参数对电磁性能的影响。考虑电动车用永磁同步磁阻电机需要高弱磁比和凸极比,对电机转子结构进行重点研究。理论分析和仿真验证不同磁障结构对电感参数和聚磁效果方面影响,探讨层数对电感参数的影响,得到磁障形状和层数的选取原则。对电机建立转子尺寸参数化模型,有限元分析得到电感参数和磁阻转矩随主要尺寸参数的变化规律,给出最优转子结构模型。电动车用电机需要在低速或爬坡时输出大转矩,并且还要考虑成本因素,减少永磁体用量,因此理论分析理想电机和实际电机的电流和转矩随永磁磁链的变化规律,结合实际运行时控制策略,得到低速最大转矩时的最优永磁磁链,用有限元验证。考虑电动车用电机运行的平稳性和振动噪声,对永磁同步磁阻电机进行转矩脉动抑制分析。给出电机精确的等效磁网络模型,运用磁通连续性定理得到多层磁障电机中气隙磁密傅里叶表达式,运用叠加定理得到多层永磁体单独作用时气隙磁密的傅里叶表达式和两者同时作用时的合成气隙磁密表达式,同时给出考虑各次谐波的电磁转矩表达式,并用有限元仿真验证。对现有两种非对称结构,应用理论和仿真同时分析电磁转矩和转矩脉动随磁障张角的变化规律,得到最优磁障张角。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.6;TM352
【图文】：

磁阻转子,磁阻电机

图 1-1 早期同步磁阻转子结构图 1-2 第二代同步磁阻电机结十年代研发出来的第三代同步磁阻电机如图 1-3 所示，为轴向叠LA）。它由“V”形或“U”形叠片叠压在转轴上形成。这种结构机凸极比很高，甚至达到 20。 1-4 为横向（冲片）叠压转子结构，实际上是一种多层磁障式转

磁阻电机,第二代

转子结构,四极,轴向

十年代研发出来的第三代同步磁阻电机如图 1-3 所示，为轴向叠压式LA）。它由“V”形或“U”形叠片叠压在转轴上形成。这种结构的同机凸极比很高，甚至达到 20。 1-4 为横向（冲片）叠压转子结构，实际上是一种多层磁障式转子。压的转子相比，它的漏磁更多，因此产生的转矩和功率因数较低。但机转子结构简单，机械强度高，生产成本低，更适合大批量生产，并适当的转子结构优化降低气隙谐波含量和转矩波动。

【引证文献】