双转子永磁容错电机高功率密度的优化设计与分析

发布时间：2017-05-04 17:09

  本文关键词：双转子永磁容错电机高功率密度的优化设计与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双转子永磁容错同步电机同时兼有双转子永磁同步电机的高功率密度、高效率特性及多相电机的高容错特性,在航海、航空、航天等军工领域以及纯电动汽车等工业领域的电驱动系统都具有广泛的应用前景,考虑到各领域电驱动系统对高功率密度电机的迫切要求,本文重点围绕影响电机功率密度的电磁、温升、机械等性能开展了研究,具体如下:首先,分析了双转子永磁电机独特的结构及工作原理,其可以看作由内外两个独立永磁电机的合成,给出了该结构电机由内电机到外电机的设计原则,从而为快速建立电机的仿真模型提供依据。其次,对电机的齿槽转矩进行了分析及优化,给出了该结构电机最优极弧系数组合模型;针对五种不同功率等级电机,对影响电机功率密度的长径比参数进行了优化分析,给出了长径比对不同功率等级电机电磁性能的影响规律及功率密度等性能随电机等级的变化规律,并得出选取最优长径比的规律。再次,计算了最优长径比下五种不同功率等级电机的铁耗、铜耗和永磁体损耗等温升热源;建立了不同功率等级电机的三维温度场分析模型,确立电机各部分的传热系数,研究了电机在自然条件和不同风速下的温升特性,并给出了其变化规律。然后,考虑到定子为悬臂结构,并且定转子之间存在较强的电磁吸引力,这会引起定子变形;计算了不同功率等级电机定子内外表面所受到的径向电磁力,研究了电机在不同负载条件下的机械特性,并给出定子形变量和应力强度的变化规律。最后,设计了一台1kW的五相双转子永磁容错同步电机样机,并进行了电磁参数、空载/负载特性以及温升等实验测试。针对电机的实验结果验证了设计方法及仿真计算的正确性,为今后该种电机的工程应用提供参考。
【关键词】：双转子永磁同步电机 容错 电磁特性 温升特性 机械特性 优化
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 本课题的来源及其研究意义11
• 1.2 国内外研究发展现状11-17
• 1.2.1 双转子电机的国外研究发展现状12-15
• 1.2.2 双转子电机的国内研究发展现状15-17
• 1.3 本文主要工作17-19
• 第2章 双转子永磁容错电机的基本结构原理及设计流程19-29
• 2.0 双转子永磁电机的基本结构19-20
• 2.1 双转子永磁电机的工作原理20-21
• 2.2 双转子永磁电机的容错特性21-22
• 2.3 双转子永磁电机设计流程22-26
• 2.3.1 内电机设计23-25
• 2.3.2 外电机的设计25-26
• 2.4 双转子永磁同步电机磁路的选择26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 双转子永磁同步电机电磁特性29-47
• 3.1 双转子永磁同步电机齿槽转矩特性分析29-39
• 3.1.1 双转子永磁同步电机的齿槽转矩分析29
• 3.1.2 双转子永磁同步电机槽转矩的数值分析29-31
• 3.1.3 双转子电机降低齿槽转矩的方法31-39
• 3.2 双转子永磁容错电机电磁性能优化分析39-46
• 3.2.1 双转子永磁容错电机相关电磁特性关系的公式推导39-42
• 3.2.2 双转子永磁电机的长径比与电磁特性关系的仿真研究42-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 双转子永磁电机温升特性47-63
• 4.1 铜耗的计算47-48
• 4.2 永磁体涡流损耗的分析计算48-49
• 4.3 铁心损耗的分析计算49-52
• 4.3.1 双转子永磁电机的定转子磁密计算49-51
• 4.3.2 双转子永磁电机的铁耗计算方法51-52
• 4.4 转子铁心损耗的分析计算52-54
• 4.5 温升分析54-61
• 4.5.1 边界的确定55-56
• 4.5.2 定子等效模型56-57
• 4.5.3 传热系数的计算57-59
• 4.5.4 不同工况下电机温升分布59-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 双转子永磁电机机械特性63-71
• 5.1 双转子永磁电机径向电磁力的计算63-67
• 5.1.1 径向电磁力的常用计算方法63-64
• 5.1.2 气隙磁密计算64-66
• 5.1.3 径向电磁力的计算66-67
• 5.2 双转子永磁电机定子应力分析67-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 样机实验研究71-79
• 6.1 实验平台的搭建71-72
• 6.2 电机电磁参数的测量72-73
• 6.3 电机空载试验73-74
• 6.4 电机负载试验74-76
• 6.5 电机温升实验76-77
• 6.6 本章小结77-79
• 结论与展望79-81
• 参考文献81-87
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-89
• 致谢89

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本文编号：345462