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原文传递电动汽车用多层磁障式少稀土永磁同步电机关键技术研究

论文题名：	电动汽车用多层磁障式少稀土永磁同步电机关键技术研究
关键词：	电动汽车;少稀土永磁同步电机;磁路模型;机械强度;温度场
摘要：	近些年来随着能源危机和环境污染日益严重，具有节能环保等优点的电动汽车越来越受到重视。稀土永磁同步电机具有高效率、高功率密度等特点，因此被广泛应用在电动汽车中作为驱动电机。然而近些年来稀土永磁体价格的剧烈波动使得少稀土永磁同步电机成为国际上的研究热点。本文以多层磁障式少稀土永磁同步电机（Multi-LayerFlux-BarrierLess-Rare-EarthPermanent-MagnetSynchronousMachine,MLFB-LRE-PMSM）为研究对象，通过充分利用磁阻转矩，达到降低稀土永磁体用量的目的，同时该类电机具有传统永磁同步电机高效率、高功率密度的优点，在电动汽车领域具有广阔的应用前景。本文围绕MLFB-LRE-PMSM的关键问题展开研究，主要的研究工作包括以下几个方面：　　首先，对MLFB-LRE-PMSM的精确磁路模型进行了研究。建立了MLFB-LRE-PMSM的精确空载和退磁磁路模型，推导了空载磁通和施加退磁电流时永磁体磁密的表达式。通过将磁路法与有限元仿真得到的数据进行分析对比，验证了磁路模型的精确性。研究了永磁体尺寸、永磁体位置参数以及磁桥宽度等关键结构参数对空载磁通和施加退磁电流时永磁体磁密的影响规律，为该类电机结构参数的选择提供了参考。　　其次，对MLFB-LRE-PMSM的转矩特性和优化设计进行了研究。采用冻结磁导率的方法得到了MLFB-LRE-PMSM的磁阻转矩和永磁转矩，对不同绕组电流条件下的矩角特性和转矩谐波进行了分析，同时研究了结构参数对电磁转矩和转矩波动的影响规律。研究了永磁体位置对转矩贡献度的影响以及永磁体尺寸对磁阻转矩和永磁转矩分配比例的影响。研究了该类电机的少稀土用量优化设计，得到了减少永磁体用量的优化设计方案，并对比分析了初始设计和优化设计的关键性能。　　再次，对MLFB-LRE-PMSM的转子机械强度进行了研究。建立了MLFB-LRE-PMSM的转子应力分析模型，分析了不同工况下离心力和电磁力单独以及共同作用对转子应力的影响规律。研究了圆角半径和磁桥宽度对转子应力的影响规律，探究了高机械强度转子结构的设计方法。研究了安全系数不同时的磁桥匹配规律和中心肋匹配规律，分析了不同磁桥和中心肋方案对电磁转矩的影响规律。　　然后，对MLFB-LRE-PMSM的温升特性进行了研究。建立了MLFB-LRE-PMSM的温度场分析模型，同时对热参数进行了计算和分析。研究了在自然冷却条件下，MLFB-LRE-PMSM运行在不同工况时各部分的温度分布规律。分析了水温和水速对电机冷却效力的影响，并选定了适合该类电机的冷却方案。研究了在不同工况下，磁桥应力安全系数和中心肋应力安全系数对电机损耗和温升的影响规律。　　最后，研制了MLFB-LRE-PMSM的样机，搭建了实验测试平台。对样机的空载性能、转矩特性、效率、机械强度和温升进行了实验测试。实验结果验证了前面理论分析的正确性，同时为MLFB-LRE-PMSM的工程应用提供了实验依据。
作者：	王伟男
专业：	电机与电器
导师：	傅振兴;郑萍
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021