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电动汽车用永磁同步电机气隙磁场建模与优化设计研究
| 论文题名： | 电动汽车用永磁同步电机气隙磁场建模与优化设计研究 |
| 关键词： | 电动汽车;内置式永磁同步电机;气隙磁场;优化设计 |
| 摘要： | 为缓解日益严重的能源和环境问题，新能源电动汽车已成为当今汽车产业的一个重要发展方向。如何设计出高转矩密度、宽调速范围和低振动噪声的车用驱动内置式永磁同步电机（IPMSM）是目前电机领域的研究热点。本文以一台25kW车用驱动IPMSM的设计为例，从IPMSM气隙磁场建模、定转子结构参数对性能的影响以及多目标优化设计等方面对车用驱动电机进行研究，主要工作如下： (1)根据电动汽车的动力性能和相关指标要求，确定车用驱动电机的设计指标。从极槽配合、电磁负荷与电机主要尺寸、转子磁路结构与永磁体尺寸、定子绕组与槽型、定子斜槽等方面进行电磁设计，得出车用驱动IPMSM的初始模型。 (2)建立V型IPMSM转子参数化几何模型。基于等效磁路法提出一种空载气隙磁场解析模型，考虑到转子侧漏磁通和磁桥磁路饱和，用三角波形近似受齿槽影响的气隙磁密分布，利用归一化转子磁极分布函数对其修正，推导出齿槽影响下空载气隙磁密分布的解析表达式，并计算空载反电动势值。提出一种改进的电枢反应磁场解析模型，该模型针对典型的V型IPMSM，考虑到边缘磁桥对转子磁位的影响以及d、q轴磁路饱和，更准确地描述d、q轴磁路转子侧磁位分布，推导出电枢反应气隙磁密分布的解析表达式，并计算d、q轴电感值。通过有限元仿真，验证了所提出的空载气隙磁场和电枢反应磁场解析模型的正确性和准确性。 (3)分析影响IPMSM恒功率调速范围、转矩输出和过载能力等方面性能的相关因素，建立IPMSM的2D有限元仿真模型，分析IPMSM定转子结构参数对平均转矩、凸极率、齿槽转矩、转矩脉动和特征电流等电机性能的影响。 (4)在田口法中引入模糊推理系统，将其改进为模糊推理田口法。利用该方法对本文研究的电机进行多目标优化设计，模糊推理田口法能有效解决多个目标之间的制约和冲突问题，提高多目标优化结果的准确性。对本文研究的电机进行优化结果分析，仿真实验表明本文设计的电机满足设计要求，并具有高转矩密度、宽调速范围以及低转矩脉动和齿槽转矩的优点。 |
| 作者： | 刘鉴 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 诸德宏 |
| 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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