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基于等效变磁导网络法的双转子式永磁双凸极电机分析与研究
| 论文题名： | 基于等效变磁导网络法的双转子式永磁双凸极电机分析与研究 |
| 关键词： | 永磁双凸极电机;等效变磁导网络法;电磁性能;结构设计;参数优化;混合动力汽车 |
| 摘要： | 随着环境污染的持续严重和能源危机的日益加剧，混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicles，简称HEVs）由于受电池的制约小且具有丰富的运行模式和较高的运行效率，受到了各国政府的高度重视，全球汽车制造商纷纷投入大量人力物力研究和开发了多种车型HEVs。因继承了双凸极永磁电机高功率密度、高效率、转子结构简单和易于散热等特点，又能通过非接触式的电磁耦合来根据需要对内燃机和电动机的能量进行分配，双转子式永磁双凸极(Double-Rotor Permanent-Magnet Doubly Salient，简称DR-PMDS)电机在混合动力电动汽车领域的应用迅速引起相关专家和学者的广泛关注。然而，由于DR-PMDS电机通常存在磁场局部饱和现象，以及导磁材料的非线性特性和磁场变化关系复杂等问题，使得传统磁路法对该电机的分析会产生较大的计算误差。另一方面，由于DR-PMDS电机具有集成度高、空间结构相对复杂、设计参数繁多等特点，使用有限元(Finite Element Analysis，简称FEA)法对其进行分析时，虽然计算精度较高，但存在数据准备繁琐和仿真时间较长等不足。为此，本文提出将等效变磁导网络(Equivalent Variable Permeance Networks，简称EVPN)法应用于DR-PMDS电机的结构设计、参数优化和性能分析。该方法不仅继承了传统磁路的简单性和快速性，还借鉴“场”的思想提高了计算的精确度，具有潜在研究价值和探索空间。论文的主要工作如下： 1、首先针对HEVs驱动系统的需求和双凸极永磁电机的特点，分析了DR-PMDS电机应用于HEVs的优势，并提出采用EVPN法进行该电机的设计、优化和分析的方案。 2、通过借鉴电路的分析方法，获得了EVPN法所需的磁路定律：包括Ampere环路定律、磁路Ohm定律和磁路Kirchhoff定律等。根据磁路定律，结合DR-PMDS电机的特点，对电枢绕组、定转子、永磁体和气隙进行等效磁导计算，并建立了该电机的EVPN模型和相应的节点磁势方程。 3、基于VC++6.0的软件平台对DR-PMDS电机的EVPN模型进行编程求解。根据建立的整体编程框架设计程序流程图，采用Gauss-Seidel迭代法求解矩阵方程，并基于Lagrange插值法拟合非线性迭代中材料的B-H曲线。然后通过该方法求得该电机的磁链、反电动势、气隙磁密和转矩等电磁性能参数。最后采用有限元法验证了EVPN法的有效性和精准性。 4、提出一种EVPN法和有限元法相结合的联合优化设计方法，并采用该方法确定了电机的关键结构参数，获得了最优的电机尺寸参数。最后，委托厂家加工了原理样机，搭建了该电机的实验平台。实验结果表明了该优化设计方法的合理性和可行性，同时也实验验证了EVPN法在分析电机电磁性能上的有效性和准确性。 |
| 作者： | 蒋贵壮 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 全力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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