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电助力自行车驱动用永磁同步电机的设计与分析
| 论文题名： | 电助力自行车驱动用永磁同步电机的设计与分析 |
| 关键词： | 电助力自行车;永磁同步电机;链轮型力矩传感器;转矩波动;弱磁调速 |
| 摘要： | 电动自行车作为我国车辆体系中一个重要组成部分拥有很大的市场，其中电助力自行车作为一种新兴的绿色交通工具开始进入人们的视野，具有巨大的环保价值和广阔的市场前景，因此开发高性能、低成本的助力自行车驱动电机尤为重要。内置式永磁电机具有高功率密度、高转矩密度、高效率、高可靠性以及优良的弱磁扩速能力，在车辆驱动电机领域得到越来越多的应用。因此本文选择内置一字型永磁电机作为助力自行车的中置驱动电机，对内置一字型永磁中置驱动电机进行设计和分析。 首先对力矩型助力自行车的中置电机发展状况进行介绍，说明研究和开发高性能、低成本的助力自行车中置驱动电机具有很大的应用价值和广阔的市场前景。比较分析目前市场上不同的助力自行车动力辅助方案，突出基于链轮型力矩传感器动力辅助方案具有成本低、可靠性好的优点。根据链轮型力矩传感器动力辅助方案对电机低转矩波动和宽调速范围性能要求，就永磁电机在抑制输出转矩波动和提高恒功率弱磁调速范围两个领域的研究现状进行文献调查和综述。 其次对国内外助力自行车相关国家标准进行调研，指导助力自行车电机动力性能指标的确定；根据电助力自行车的参数和动力性要求展开分析，确定驱动电机的最大转矩、最大功率以及最高转速。基于小体积、高转矩、高功率密度的目标选择电机的基本结构，对驱动电机进行初步的设计。 然后建立永磁电机的数学模型，基于低转矩波动和宽调速范围两个目标对电机进行优化设计，推导齿槽转矩和转矩纹波产生的原理，通过优化电机定转子尺寸参数，采用不均匀气隙，对电机的齿槽转矩和纹波转矩进行抑制。从弱磁控制原理对永磁电机弱磁性能影响因素进行分析，分析内置一字型永磁电机转子结构参数对于弱磁性能的影响规律，综合驱动电机最大转矩、最高转速以及峰值功率的要求确定符合助力自行车运行工况的内置一字型永磁电机转子参数。 最后对确定的驱动电机方案的损耗和效率进行计算，对电机温度场和电机定子部分的振动噪声进行软件仿真校核。在软件仿真校核后进行电机样机的制作，搭建样机测试台架，对样机的性能进行实验测试，验证有限元仿真和校核结果的准确性。将本文设计的中置电机与雅马哈助力自行车中置电机进行对比，突出本文设计中置电机高性能低成本的优势。 |
| 作者： | 王乐 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 殷德军;张滨彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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