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电动汽车用变磁通永磁同步电机的设计和研究
| 论文题名： | 电动汽车用变磁通永磁同步电机的设计和研究 |
| 关键词： | 永磁电机;转子气隙;交轴磁路;电机设计;电动汽车 |
| 摘要： | 永磁同步电机，尤其是内置式永磁同步电机，具有功率密度高、机械特性好、转速范围宽等优点，近年来在工业领域比如电动汽车驱动系统，得到了广泛的应用。而传统电力拖动用永磁同步电机，正常工作时电流始终含有弱磁分量，额外增加损耗并使得磁钢利用率较低。另外电机在进入到高速阶段后，较大的弱磁电流使得电机的铜耗增大，电机效率降低，并且由于逆变器容量有限，电机的弱磁程度受到限制，恒功率范围较窄。故具有在线调磁作用的变磁通永磁同步电机越来越受到学术界的关注。 本文首先从传统永磁同步电机的弱磁问题着手，引出了变磁通永磁同步电机的工作原理，包括铝镍钴永磁的“记忆”功能、变磁通电机的类型和调速原理。为获得较高的转矩密度并降低充磁电流，本文着重探讨了变磁通永磁同步电机的设计和优化过程。其中对磁钢进行了设计，包括磁钢磁化方向的选择、磁钢材料的选择和铝镍钴永磁磁滞模型的建立；通过在转子交轴磁路上设计隔磁槽使电机具有反凸极性；研究了不等气隙对转矩脉动的影响；设计并对比了三种转子以获得具有较低漏磁和较高转矩质量的转子结构；并通过对磁钢位置的改进，降低电机的完全充磁电流。经过以上设计和优化过程，获得具有较高转矩密度和较低充磁电流的最优拓扑结构，并对该拓扑结构的电感和机械特性进行了计算和分析。之后对电机进行了有限元分析，包括电机的充磁特性和不同充磁率下的输出特性分析,分析得知，通过根据运行状态适时调整电机的磁化状态，可以使电机的转速范围得到扩展，并在较宽范围内获得较高的效率。为了验证变磁通永磁同步电机的性能，本文设计了样机并利用矢量控制方法对样机进行了测试。其中包括充退磁特性的测试、不同充磁率下输出特性和电感的测试。通过样机的测试结果可知，变磁通永磁同步电机可以实现调磁扩速功能，但测试结果与有限元结果存在一定的误差，并且样机的效率也还需要进一步提高。 |
| 作者： | 孙阿芳 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 李健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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