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磁场调制分数槽集中绕组永磁电机的低谐波设计与分析
| 论文题名： | 磁场调制分数槽集中绕组永磁电机的低谐波设计与分析 |
| 关键词： | 纯电动汽车;永磁电机;磁场调制理论;低谐波;双绕组;气隙磁密 |
| 摘要： | 纯电动汽车具有节能环保、效率高和噪音低等优点，是保护环境、推动绿色发展的有效手段之一。电动汽车用驱动电机应具有转矩输出大、效率高、和功率密度高等特点。与其他类型的电机相比，分数槽集中绕组永磁电机（Fractionalslotconcentratedwindingpermanentmagnetmachine,FSCW-PMM）的铜填充率高、齿槽转矩低、输出转矩和效率高，被广泛运用于电动汽车、风力发电和航空航天等领域。该类电机的主要不足之处是其电枢反应磁场气隙磁密中的谐波含量较高，会产生较大的电磁损耗、局部铁心饱和、声学噪声和振动等。本文基于磁场调制原理，以36槽42极FSCW-PMM为例对其电枢反应磁场和永磁磁场气隙磁密进行分析，在此基础上提出了一种双绕组低谐波设计方法，形成36槽42极双绕组低谐波永磁电机（Doublewindinglowharmonicpermanentmagnetmachine,DWLH-PMM）的拓扑，围绕其拓扑结构、谐波抵消理论、结构参数设计、电磁性能仿真、样机试制与实验测试等方面展开了系统研究。 本文的主要研究内容如下： 首先，基于FSCW基本理论知识，对单相绕组磁动势、三相绕组合成磁动势进行了讨论。结合磁场调制原理，利用等效磁路法建立了36槽42极磁场调制FSCW-PMM的磁动势-磁导模型，推导出电枢反应磁场和永磁磁场气隙磁通密度及其谐波表达式，并采用有限元仿真软件JMAG进行建模仿真，验证了理论推导的准确性和合理性。 其次，基于FSCW-PMM提出了一种双绕组低谐波设计方案，采用有限元软件建立了36槽42极DWLH-PMM模型，并说明了其设计步骤及谐波抵消原理。对所建电机模型的功率和输出转矩方程进行了推导，优化了电机主要参数，最终得到DWLH-PMM结构尺寸。 再次，采用有限元软件仿真计算36槽42极DWLH-PMM相关电磁性能，包括电枢反应磁场气隙磁密、齿槽转矩、永磁磁链、空载感应电动势、电感，并与36槽42极FSCW-PMM进行了对比分析。 而后，对两台电机的损耗进行计算，主要包括定、转子铁心损耗，各绕组铜耗和加载后的永磁体涡流损耗，最终根据各损耗和输出功率得到了两台电机效率。 最后，基于以上内容的分析，根据36槽42极DWLH-PMM尺寸参数加工了一台样机，构建了基于dSPACE半物理实验平台对样机进行了测试，将测试结果与仿真结果进行对比分析，从而验证了样机的正确性。 |
| 作者： | 徐晨 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 杜怿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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