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磁场增强型永磁无刷电机的设计与分析
| 论文题名： | 磁场增强型永磁无刷电机的设计与分析 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁无刷电机;磁场增强效应;优化设计;电机性能 |
| 摘要： | 随着经济的飞速发展，汽车工业也蓬勃发展，但是汽车工业的发展给人们带来出行便利的同时，也加剧了能源危机，并且尾气排放问题引起了环境污染的问题。为了缓解能源危机和降低环境污染，节能又环保的电动汽车成为了汽车产业发展的新方向。随着人们环保意识的加强，电动汽车迅速发展，成为了人们出行交通工具的另一种选择。驱动电机的卓越性能是确保电动汽车整车优越性能的关键，因此车用驱动电机得到了广泛的研究。凭借着高功率密度、高转矩密度和动态性能好等优点，传统永磁无刷（interior permanent magnet brushless，简称IPMBL）电机被广泛应用于电动汽车领域。但受制于不可调节的永磁磁场，传统永磁无刷电机很难拥有较宽的恒功率运行范围和较高的效率，从而导致其很难满足电动汽车对于驱动电机的要求。针对以上问题，具有宽调速优点的新型磁场增强型永磁无刷(flux intensifying permanent magnet brushless，简称FI-PMBL)电机引起了学者的研究兴趣。该电机不仅继承了传统IPMBL电机的优点，还拥有较大的直轴电感以此来提升电机的恒功率调速范围，同时其所具有的磁场增强型效果能够降低永磁体不可逆退磁的风险。 本文首先介绍了电动汽车的发展背景、发展概况和电机驱动系统的优缺点，并对实现电机宽调速的现有方法以及效果进行了分析。结合现有研究，引入磁场增强型概念，提出了两种具有优越宽调速性能的磁场增强型电机结构，两种结构分别采用交轴气隙磁障和内置磁障。 其次提出了新型电机的总体设计优化流程，并对新型磁场增强型电机的工作原理进行了分析，同时对电机进行了额定参数确定和主要尺寸计算等。接着对两种FI-PMBL电机的定转子结构进行优化设计，通过理论分析，确定合理的电枢绕组连接方式，同时优化永磁体尺寸和磁障尺寸来提升磁场增强特性。最终确定非均匀气隙FI-PMBL电机和内置磁障FI-PMBL电机的结构尺寸参数。 接着，利用有限元仿真软件对所提出的两台新型电机的基本电磁性能进行了分析和比较，主要包括空载特性、磁场分布和电感特性等，并且以传统 IPMBL电机作为参照对象。同时，通过结构应力分析软件对两台新型电机进行了应力分析和变形分析。然后，对新型电机在宽调速运行范围内的控制策略和运行轨迹进行分析研究。通过理论分析和有限元仿真软件，对比分析了两台新型电机的宽调速运行性能，证明所提出的电机具有优越的宽调速运行性能。 最后，研制了一台FI-PMBL样机，并通过实验平台对电机的反电势、电感和转矩特性等进行了测试。通过分析表明，实验结果和仿真结果基本吻合，验证了FI-PMBL电机设计的合理性。 |
| 作者： | 杨深 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 朱孝勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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