基于等效磁网络法混合转子永磁电机的性能分析与优化设计

发布时间：2020-11-18 05:10

　　 永磁(Permanent Magnet,PM)电机在设计初期需要对其电磁特性及拓扑结构进行大量的分析和优化,以期达到最优的性能。等效磁网络(Equivalent Magnetic Network,EMN)法具有计算速度快、计算量适中和参数化简单等优点,非常适用于电机设计初期的性能分析和优化设计。本文针对一台混合转子永磁(Hybrid Rotor Permanent Magnet,HRPM)电机建立了EMN模型,并在建模过程中提出了模块化EMN建模思路和具有通用性的气隙EMN模型,实现了基于EMN模型分析HRPM电机电磁特性和优化磁路结构的目的。本文主要的研究思路和研究成果如下:1.根据HRPM电机的拓扑结构和磁场分布特点,建立了传统的集总参数等效磁网络(Lumped parameter EMN,LPEMN)模型和基于网格磁路单元的等效磁网络(Mesh-based EMN,MEMN)模型。阐明了EMN模型的求解流程并采用MATLAB编写了求解程序,完成了EMN模型的数值计算。2.提出参数化和模块化MEMN建模的思路,分析了HRPM电机转子中永磁体偏移角度和空气磁障张角对电机电磁转矩的影响,实现了基于EMN模型对HRPM电机转子磁路结构的优化分析。3.针对HRPM电机气隙磁场分布复杂、漏磁严重、磁通路径不规律以及集总参数气隙模型求解和建模过程复杂等问题,提出了磁通路径可变、磁网络模型结构不变的气隙模型建模方法。该建模方法不仅计算精度高,还适用于其他PM电机的气隙建模,具有通用性。4.基于LPEMN模型和MEMN模型计算了HRPM电机的磁链、反电势、气隙磁密和转矩等电磁特性。通过与有限元(Finite element analysis,FEA)仿真结果和实验测试结果对比,证明了本文提出的EMN模型计算速度快、计算精度合理,满足电机设计初期快速优化和分析电磁特性的要求。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM351
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 车用PM电机的发展前景和研究现状
        1.2.1 车用PM电机的发展前景
        1.2.2 PM电机的研究现状
    1.3 EMN的发展历史及国内外研究现状
        1.3.1 EMN的发展历史
        1.3.2 EMN国内外研究现状
    1.4 课题研究内容和结构
        1.4.1 课题研究主要内容
        1.4.2 论文结构
第二章 EMN模型的基本原理与求解
    2.1 EMN的理论基础
        2.1.1 LPEMN的理论基础
        2.1.2 MEMN的基本思想
    2.2 EMN模型中等效磁导的计算
        2.2.1 集总参数式磁导
        2.2.2 网格单元式磁导
    2.3 EMN模型求解
    2.4 本章小结
第三章 HRPM电机的EMN建模方案研究
    3.1 HRPM电机拓扑结构及磁场分布特点
    3.2 HRPM电机的LPEMN模型
        3.2.1 定子LPEMN模型
        3.2.2 转子LPEMN模型
        3.2.3 气隙LPEMN模型
    3.3 HRPM电机的MEMN模型
        3.3.1 定子MEMN模型
        3.3.2 气隙MEMN模型
        3.3.3 转子MEMN模型
    3.4 MEMN模型与LPEMN模型建模方案对比
    3.5 本章小结
第四章 HRPM电机EMN模型的仿真与验证
    4.1 FEA模型及参数设置
    4.2 磁链与反电势
    4.3 气隙磁密分布及相对磁导率云图
    4.4 HRPM电机的电磁转矩
    4.5 HRPM电机磁路优化设计及分离转矩分量
        4.5.1 HRPM电机转子磁路优化设计
        4.5.2 HRPM电机永磁转矩与磁阻转矩的分离
    4.6 EMN求解程序迭代收敛性分析
    4.7 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 课题展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文与科研成果

【参考文献】

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本文编号：2888355