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轮毂驱动用永磁游标电机设计及优化
| 论文题名： | 轮毂驱动用永磁游标电机设计及优化 |
| 关键词： | 电动汽车;轮毂电机;磁场调制;遗传算法;热分析 |
| 摘要： | 随着世界人口规模和交通需求的急剧增长，全球能源系统和生态环境面临巨大的压力，电动汽车由于其低污染、零排放、高效率等诸多优点成为了目前汽车领域的研究热点。轮毂电机驱动技术将动力、传动和制动装置集成于轮毂内部，简化了驱动系统结构，将成为电动汽车研究的重要发展方向。永磁同步电机具有高功率密度和高效率的优点，因而成为轮毂驱动电机的首选，但其机械减速机构带来的摩擦损耗和振动噪声等问题也亟待解决，由此基于磁齿轮原理的磁场调制电机拓扑被陆续提出。永磁游标电机是磁场调制电机中的一种，具有结构简单、转矩密度高和可靠性高的优点，因此在轮毂驱动领域具有广阔的应用前景。 本文将交替极结构、转子轴向分段、集中绕组与定子分裂齿结构相结合，提出了一种轮毂驱动用新型永磁游标电机。该电机具有如下的特点：1）采用交替极结构，将部分永磁体用铁心代替，在节省永磁体用量的情况下仍可保证一定的转矩输出能力；2）采用转子轴向分段结构，上下错开一个极的角度装配，显著削弱了反电势偶次谐波的影响，抑制了转矩脉动的产生；3）电枢绕组为分数槽集中绕组形式，有效减小了相间互感和绕组端部长度，提升了电机的运行可靠性和容错能力。 本文首先介绍了轮毂驱动电机的技术背景和国内外研究现状，对基于磁齿轮原理的磁场调制电机拓扑进行了概述，着重介绍了游标电机的相关研究进展和热点问题，并对电机优化算法的相关研究作了介绍。 其次，本文对气隙磁场调制理论进行了介绍，并基于磁动势-磁导模型对永磁游标电机的运行机理和转矩性能进行了分析计算。同时，结合交替极和转子分段结构，提出了新型永磁游标电机的拓扑，详细阐述了其拓扑结构及工作原理，并对一台2kW的原理样机进行设计，包括额定参数、主要尺寸、极槽配合、电枢绕组、气隙、永磁体等部分的设计以及材料的选取。 此外，为保证电机具有良好的输出性能，本文对该电机进行了优化设计。通过敏感度分析选取了设计变量并采用响应面模型建立了多目标优化函数，结合自适应遗传算法对电机进行全局优化，并将优化结果与初始样机进行对比，从而验证了自适应遗传算法用于电机设计的可靠性。 最后，为保证电机的稳定可靠运行，本文对该电机进行了损耗及温升分析。根据电机的拓扑结构和传热方式建立了集中参数热网络模型，通过迭代计算得到额定工况下的电机温升情况，同时采用JMAG分析电机的瞬态温升并得到各部分的温度云图，对热网络法的准确性进行了验证。 |
| 作者： | 梅叶依 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 樊英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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