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电动汽车用轴向磁通轮毂电机设计与优化
| 论文题名： | 电动汽车用轴向磁通轮毂电机设计与优化 |
| 关键词： | 电动汽车;永磁轮毂电机;轴向磁通;动力性能;优化设计 |
| 摘要： | 轮毂电机对所选用电机的轴向尺寸、整体结构以及重量等要求苛刻，传统轮毂电机主要采用的是径向磁通永磁电机（Radial Flux Permanent Magnet，RFPM），而通过研究轴向磁通永磁（Axial Flux Permanent Magnet，AFPM）电机发现，与RFPM相比，AFPM电机在功率密度、转矩密度和轴向尺寸等方面独具优势，更适合作为轮毂电机。本文以城市物流配送车为匹配安装对象，设计一款轴向磁通永磁轮毂（Axial Flux Permanent Magnet In-Wheel，AFPMW）电机，该电机要满足轮毂电机驱动对尺寸和性能的要求。 首先，本文对轮毂电机进行动力性能匹配，通过对比AFPM电机的各种磁路拓扑结构，认为内转子（Axial Flux Internal Rotor，AFIR）磁路结构更适合应用在AFPMW电机上，并给出了基本的电磁设计方案。运用ANSYS Maxwell有限元分析（FEA）软件对电机的电磁方案进行校核。 其次，针对转矩脉动对轮毂电机平稳运行产生的影响，本文以齿槽转矩和纹波转矩为双目标进行转矩脉动的优化，优化方法包括改变极弧系数、斜槽、斜极三种方法。根据优化后的齿槽转矩和纹波转矩的仿真结果及电机工艺要求对比得出：改变极弧系数是该款AFPMW电机较为适宜且实用的抑制转矩脉动的方法，并且得出了该款电机的最佳极弧系数值。 再者，为了提高电机效率，本文从该款AFPMW电机的损耗计算入手，运用Maxwell仿真分析电机的损耗得到：定子饱和程度对电机定子铁芯损耗的影响规律；不同材料的转子支架对涡流损耗的影响规律；永磁体分段形式及不同分段数对永磁体涡流损耗的影响规律。其中学者关注较少的转子支架材料对涡流损耗的影响是本文的重要研究内容之一，研究表明：不同材料的转子支架对转子涡流损耗产生很大影响，本文对四种不同材料的转子支架对抑制涡流损耗的影响规律进行了着重研究，并通过定、转子温升测试间接验证了研究结果。 最后，根据优化后的电机设计方案，制造出原理样机，并采用测功机对样机进行了转矩、功率测试，以及换装四种不同材料的转子支架的定、转子温升测试，然后对电机进行装车测试，综合路试结果表明：电机性能良好，很好地满足了车辆动力性能要求，验证了该AFPMW电机设计方案的合理性。 |
| 作者： | 李坊之 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 黄平林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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