双转子混合励磁轴向磁通切换永磁电机设计、分析与优化
发布时间：2021-09-09 12:08
电动汽车以节能环保和高智能化程度等优势成为了未来汽车的发展方向。混合励磁轴向磁通切换永磁电机具有结构简单紧凑、轴向长度短、功率/转矩密度高、低速大转矩、宽恒功率运行范围等优点,在电动汽车等领域具有良好的应用前景。本文以新型双转子混合励磁轴向磁通切换永磁（Double-Rotor Hybrid Excited Axial Switched-Flux Permanent Magnet,DRHE-ASFPM）电机为研究对象,在最佳拓扑结构、设计方法、结构优化、电磁性能、齿槽转矩、实验验证和性能评估等方面开展研究,为电机进一步深入分析和推广应用提供理论依据与技术基础。论文首先提出新型DRHE-ASFPM电机的拓扑结构,分析运行规律并揭示调磁机理;建立DRHE-ASFPM电机功率尺寸方程,探究电磁设计原则,总结通用设计方法,并完成初始设计。其次,分析基于初始结构参数的电机电磁性能,研究定、转子结构参数变化对DRHE-ASFPM电机电磁性能的影响,进行电机结构参数优化。对比分析6槽/10极、6槽/11极、6槽/13极和6槽/14极4台电机的电磁性能,最终确定DRHE-ASFPM电机最佳槽极配合。在...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单相轴向磁通切换永磁电机
图1-10单相轴向磁通切换永磁电机韩国学者提出了一种三相6/4轴向磁通切换永磁电机[52],如图1-11所示。它采用了双定子/单转子拓扑,两个定子结构相同,转子为凸极。该结构电机消除了磁链中的偶次谐波分量,有效改善了磁链的正弦度。此外,文献[53,54]中研究了该电机定子错位安装和不对称转子极结构对电磁性能的影响。结果表明,定子错位安装可有效提高输出转矩,不对称转子极结构降低了反电动势总谐波畸变率。由于部分磁通经过转子轭部,该电机的效率受到一定的影响。
东南大学林明耀教授提出了如图1-12所示的三相12/10轴向磁通切换永磁电机[55-57],包括双定子/单转子和单定子/双转子结构,两台电机的定、转子呈凸极结构。其中图1-12(a)所示的双定子/单转子的定子U形叠压铁心和交错充磁的永磁体组成,而图1-12(b)所示为单定子/双转子电机,其定子由H形铁心和交错充磁的永磁体构成,转子均无绕组和永磁体,结构简单可靠。两台电机的转矩输出能力和功率密度均较高,反电动势正弦度也高,但是由于双凸极结构不可避免的聚磁效应,齿槽转矩和转矩脉动也均较大。为提升该电机的性能,文献[58]采用了三种不同结构的定子铁心对双定子/单转子电机进行对比研究,并确定了电磁性能最优的定子结构;文献[59]针对双定子/单转子结构提出了转子极开辅助槽的方法,缩减了齿槽转矩;文献[60]通过优化转子极宽和定子单元结构,有效降低了单定子/双转子结构的齿槽转矩;文献[61]对单定子/双转子结构的容错特性进行了研究,结果表明改进后电机具有良好的容错性能。文献[62]对图1-12(b)所示的双定子/单转子结构电机进行了改进,提出了新的无磁轭结构,如图1-13所示。每个定子单元由3块无磁轭铁心、2块充磁方向相反的永磁体和1个电枢绕组组成。该结构增加了电枢绕组的空间,提高了电机的带载能力,且转子错位安装可以降低转矩脉动,但永磁体用量明显增加,制造成本较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用高功率密度碳化硅电机控制器研究[J]. 张栋,范涛,温旭辉,宁圃奇,李磊,邰翔,李晔,段卓琳,何国林,张少昆,郑丹. 中国电机工程学报. 2019(19)
[2]电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法[J]. 赵剑飞,花敏琪,刘廷章. 中国电机工程学报. 2019(02)
[3]一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）[J]. 吴中泽,诸自强. 中国电机工程学报. 2017(22)
[4]基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略[J]. 赵纪龙,景梦蝶,林明耀,孙向东,李宁. 中国电机工程学报. 2017(22)
[5]轴向磁通永磁电机空载气隙磁场建模分析[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 中国电机工程学报. 2018(05)
[6]高性能电机系统的共性基础科学问题与技术发展前沿[J]. 马伟明,王东,程思为,陈俊全. 中国电机工程学报. 2016(08)
[7]不同结构轴向磁通永磁电机的有限元设计与对比研究（英文）[J]. 李华阳,沈建新. 电工技术学报. 2015(14)
[8]混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性[J]. 徐妲,林明耀,付兴贺,郝立,张蔚,赵纪龙. 电工技术学报. 2015(02)
[9]轴向永磁电机及其研究发展综述[J]. 黄允凯,周涛,董剑宁,郭保成,张莉. 中国电机工程学报. 2015(01)
[10]混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展[J]. 赵纪龙,林明耀,付兴贺,黄允凯,徐妲. 中国电机工程学报. 2014(33)
本文编号：3392067
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单相轴向磁通切换永磁电机
图1-10单相轴向磁通切换永磁电机韩国学者提出了一种三相6/4轴向磁通切换永磁电机[52],如图1-11所示。它采用了双定子/单转子拓扑,两个定子结构相同,转子为凸极。该结构电机消除了磁链中的偶次谐波分量,有效改善了磁链的正弦度。此外,文献[53,54]中研究了该电机定子错位安装和不对称转子极结构对电磁性能的影响。结果表明,定子错位安装可有效提高输出转矩,不对称转子极结构降低了反电动势总谐波畸变率。由于部分磁通经过转子轭部,该电机的效率受到一定的影响。
东南大学林明耀教授提出了如图1-12所示的三相12/10轴向磁通切换永磁电机[55-57],包括双定子/单转子和单定子/双转子结构,两台电机的定、转子呈凸极结构。其中图1-12(a)所示的双定子/单转子的定子U形叠压铁心和交错充磁的永磁体组成,而图1-12(b)所示为单定子/双转子电机,其定子由H形铁心和交错充磁的永磁体构成,转子均无绕组和永磁体,结构简单可靠。两台电机的转矩输出能力和功率密度均较高,反电动势正弦度也高,但是由于双凸极结构不可避免的聚磁效应,齿槽转矩和转矩脉动也均较大。为提升该电机的性能,文献[58]采用了三种不同结构的定子铁心对双定子/单转子电机进行对比研究,并确定了电磁性能最优的定子结构;文献[59]针对双定子/单转子结构提出了转子极开辅助槽的方法,缩减了齿槽转矩;文献[60]通过优化转子极宽和定子单元结构,有效降低了单定子/双转子结构的齿槽转矩;文献[61]对单定子/双转子结构的容错特性进行了研究,结果表明改进后电机具有良好的容错性能。文献[62]对图1-12(b)所示的双定子/单转子结构电机进行了改进,提出了新的无磁轭结构,如图1-13所示。每个定子单元由3块无磁轭铁心、2块充磁方向相反的永磁体和1个电枢绕组组成。该结构增加了电枢绕组的空间,提高了电机的带载能力,且转子错位安装可以降低转矩脉动,但永磁体用量明显增加,制造成本较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车用高功率密度碳化硅电机控制器研究[J]. 张栋,范涛,温旭辉,宁圃奇,李磊,邰翔,李晔,段卓琳,何国林,张少昆,郑丹. 中国电机工程学报. 2019(19)
[2]电动车用多盘式永磁同步电机协同优化与容错控制方法[J]. 赵剑飞,花敏琪,刘廷章. 中国电机工程学报. 2019(02)
[3]一种新型定子分区式混合励磁电机的设计与分析（英文）[J]. 吴中泽,诸自强. 中国电机工程学报. 2017(22)
[4]基于矢量控制的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机分区控制策略[J]. 赵纪龙,景梦蝶,林明耀,孙向东,李宁. 中国电机工程学报. 2017(22)
[5]轴向磁通永磁电机空载气隙磁场建模分析[J]. 孙明灿,唐任远,韩雪岩,佟文明. 中国电机工程学报. 2018(05)
[6]高性能电机系统的共性基础科学问题与技术发展前沿[J]. 马伟明,王东,程思为,陈俊全. 中国电机工程学报. 2016(08)
[7]不同结构轴向磁通永磁电机的有限元设计与对比研究（英文）[J]. 李华阳,沈建新. 电工技术学报. 2015(14)
[8]混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性[J]. 徐妲,林明耀,付兴贺,郝立,张蔚,赵纪龙. 电工技术学报. 2015(02)
[9]轴向永磁电机及其研究发展综述[J]. 黄允凯,周涛,董剑宁,郭保成,张莉. 中国电机工程学报. 2015(01)
[10]混合励磁同步电机及其控制技术综述和新进展[J]. 赵纪龙,林明耀,付兴贺,黄允凯,徐妲. 中国电机工程学报. 2014(33)
本文编号：3392067
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