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原文传递分段斜极内置式永磁同步电机磁场和电磁力分析与优化

论文题名：	分段斜极内置式永磁同步电机磁场和电磁力分析与优化
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;电磁力
摘要：	分段斜极内置式永磁同步电机因其具有高功率密度、高转矩密度和宽调速范围，以及低齿槽转矩和低转矩波动等特点，而被越来越广泛地用作电动汽车驱动电机。驱动电机的电磁噪声是电动汽车的主要噪声源之一，由气隙磁场产生的作用于电机定子内表面的电磁力是电磁噪声的主要激励源。因此，分析和优化分段斜极内置式永磁同步电机磁场和电磁力，对于从源头上解决电动汽车分段斜极内置式永磁同步电机的电磁噪声问题具有重要的理论价值和工程应用价值。　　（1）分段斜极内置式永磁同步电机空载气隙磁场和电磁力的解析建模及特性分析。首先，采用联合等效磁路法的子域法建立了空载气隙磁场精确解析模型，采用麦克斯韦应力张量法建立了空载电磁力解析模型；然后，利用解析模型计算了样机的空载气隙磁场和电磁力，并分析了空载气隙磁场和电磁力的空间阶次和频率特性；最后，通过电磁有限元仿真计算了空载气隙磁场和电磁力，验证了解析计算结果的准确性。　　（2）分段斜极内置式永磁同步电机电枢反应磁场和电磁力的解析建模及特性分析。首先，采用子域法建立了不考虑转子磁障饱和效应的电枢反应磁场解析模型，引入转子磁障虚拟磁场，通过叠加法得到了考虑转子磁障饱和效应的电枢反应磁场精确解析模型，采用麦克斯韦应力张量法建立了电枢反应电磁力解析模型；然后，利用解析模型计算了样机的电枢反应磁场和电磁力，并分析了电枢反应磁场和电磁力的空间阶次和频率特性；最后，通过电磁有限元仿真计算了电枢反应磁场和电磁力，验证了解析计算结果的准确性。　　（3）分段斜极内置式永磁同步电机负载气隙磁场和电磁力的解析建模及特性分析。首先，将空载气隙磁场和电枢反应磁场叠加建立了负载气隙磁场精确解析模型，采用麦克斯韦应力张量法建立了负载电磁力解析模型；接着，利用解析模型计算了样机的负载气隙磁场和电磁力，并分析了负载气隙磁场和电磁力的空间阶次和频率特性；然后，通过电磁有限元仿真计算了负载气隙磁场和电磁力，验证了解析计算结果的准确性；最后，通过解析模型计算了电机加速工况下的负载电磁力，并分析了非稳态负载电磁力的时频特性。研究表明：气隙磁场的主要空间阶次为极对数的奇数倍，主要频率为基频的奇数倍，电磁力的主要空间阶次为极对数的偶数倍，主要频率为基频的偶数倍；加速工况下电磁力呈现非稳态特性，其频率与时间和转速相关，主要的频率成分为各时刻该转速下基频的偶数倍；气隙磁场和电磁力沿电机轴向方向分层，分层数与转子分段数相等，各层之间错开一定角度，此角度与转子每段斜极角度相等。　　（4）分段斜极内置式永磁同步电机试验研究与多变量多目标优化。通过分段斜极内置式永磁同步电机空载气隙磁场测试试验、空载反电动势测试试验和齿槽转矩测试试验验证了分段斜极内置式永磁同步电机空载气隙磁场和电磁力解析模型和有限元仿真的准确性。通过电磁转矩测试试验验证了分段斜极内置式永磁同步电机负载气隙磁场和电磁力解析模型和有限元仿真的准确性。基于解析模型，利用非支配排序遗传算法，对一台电动汽车用8极48槽分段斜极内置式永磁同步电机样机的结构参数进行优化，在不降低电磁转矩和效率的条件下，最大限度地减小了特定阶次频率的径向力波分量的幅值。
作者：	安原圣
专业：	车辆工程
导师：	马琮淦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2020