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电动汽车用磁齿轮复合电机的设计与性能分析
| 论文题名： | 电动汽车用磁齿轮复合电机的设计与性能分析 |
| 关键词： | 电动汽车;磁齿轮复合电机;优化设计;性能分析 |
| 摘要： | 当前，中国面临着日益严重的环境问题和能源问题，电动汽车以其节能、环保的特性而被认为是缓解环境污染和能源枯竭的方法之一。齿轮传动系统不仅使得电动汽车的结构变得复杂，还存在着噪声大、损耗高等问题，因此省去了齿轮传动装置的直驱系统具有十分广阔的应用前景。作为一种高转矩密度的直驱电机，磁齿轮复合电机在诸如电动汽车等低速大转矩的应用场景下有着不俗的潜力。但是，磁齿轮复合电机需要大量的稀土永磁体励磁，这不仅使得电机的生产成本居高不下，还会在运转时产生大量的涡流损耗，对电机的安全性造成一定影响。 本文在分析了不同工况下电动汽车驱动电机重要参数的基础上，对非耦合磁路的磁齿轮复合电机进行建模优化，提出了一种内转子交替极磁齿轮复合电机(IRCP-MGPM)，该结构减少了电机的永磁体使用量，提高了永磁体利用率，降低了电机的涡流损耗和铁心损耗。进一步地，本文将Halbach阵列应用于此电机的内转子两侧，进而提出了一种内转子Halbach交替极磁齿轮复合电机(IRHCP-MGPM)，该结构能够有效提高电机的输出转矩并降低内转子轭部的磁场饱和度。本文的研究工作从以下几个角度展开： 首先，分析了磁齿轮复合电机应用于电动汽车直接驱动系统的优势，并对其主要参数进行匹配计算；利用解析法推导并分析了磁齿轮的磁场调制原理，并通过有限元分析软件对磁齿轮进行建模分析，证明了解析法对磁场调制效应的论证。 其次，对磁齿轮复合电机及其内电机进行了设计与优化，其内容包括了内电机的绕组选择、极弧系数以及磁齿轮复合电机的磁路、气隙厚度及调磁环参数等。最后给出了磁齿轮复合电机的模型和具体参数。 再次，针对所设计的磁齿轮复合电机，以节约永磁体的使用量、提高永磁体的利用率为目标，提出了三种交替极结构的磁齿轮复合电机，并对其电磁性能及损耗特性进行了分析。经对比发现，IRCP-MGPM具有较高的永磁体利用率和较低的损耗特性。 最后，以提高内转子交替极磁齿轮复合电机的输出转矩为目标，对该结构的内转子进行Halbach充磁，并与径向充磁结构进行分析对比，可以发现采用Halbach阵列的IRCP-MGPM电机具有更高的输出能力。 |
| 作者： | 万洋 |
| 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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