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电动自行车用外转子开关磁阻电机优化设计
| 论文题名： | 电动自行车用外转子开关磁阻电机优化设计 |
| 关键词： | 电动自行车;开关磁阻电机;有限元法;多目标优化;控制策略 |
| 摘要： | 随着电动自行车新国标的颁布和实施，行业发展日渐规范与完善。新型自行车需要更加绿色节能、安全可靠，以满足人们的骑行要求。作为电动自行车核心部分，电机驱动系统直接影响着整车的行驶性能和骑手舒适度体验，故选择性能良好的电机愈发重要。开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有造价低、容错性高、起动转矩大等特点，外转子SRM可直接用作轮毂驱动电机。但是，SRM双凸极结构特点使其存在较大的转矩脉动，为更好应用于电动自行车领域，改善电机转矩输出性能成为亟需解决的问题。 本文首先介绍了外转子SRM工作原理，推导了准线性数学模型，并得出电感理论解析式；通过有限元仿真对传统6/8极外转子SRM的磁密分布、磁链特性、转矩特性进行了分析。 其次，阐述了新型6/16极外转子SRM结构设计方案。详细分析新电机的拓扑结构和电磁特性，得出新结构电机具有更高的瞬时输出转矩，更大的磁通变化率等结论。通过参照传统6/8极样机参数、转子极数与极弧角的设计和定子开槽深度的设计确立新电机初始结构参数。此外，采用Simplorer与Maxwell联合仿真，设定相同的控制参数，以减少实验误差；从开通角和关断角分析、互感分析以及单变量参数敏感性分析三个方面讨论对电机输出性能的影响，并给出仿真结果。 再次，优化了新型电机结构参数。通过Design-Expert与Ansys-Maxwell联合仿真建立回归模型，并对模型的有效性分析，确定响应面方程。考虑到外转子SRM的结构参数相互影响的复杂性，采用改进的多目标鱼群算法对确立的模型寻优。通过误差分析和优化前后结果对比以及实际设计要求，选取最优组合解。Ansys-Maxwell电磁场仿真结果显示，优化后的外转子SRM具有更低的转矩脉动、更高的输出转矩。 最后，采用直接瞬时转矩控制方法对电机进行调速控制，优化电机的输出转矩性能。 |
| 作者： | 梁永洲 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 黄朝志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江西理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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