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原文传递磁场调制永磁电机损耗特性分析与优化

论文题名：	磁场调制永磁电机损耗特性分析与优化
关键词：	电动汽车;磁场调制电机;优化设计;铁芯损耗;永磁体涡流损耗;气隙谐波
摘要：	随着生态环境污染和化石能源危机等问题日益凸显，以电能为主的新能源的发展逐步成为时代主流。电动汽车由于具备零排放、振动噪声小、续航能力强等优势受到人们广泛关注。驱动电机作为电动汽车驱动系统的关键部件，其性能对电动汽车运行动力有很大影响。近年来，磁场调制电机因具备较高的转矩和功率密度，使得该类型电机在电动汽车驱动电机研究这一领域获得广泛关注。然而，由于磁场调制电机凸极结构对初始磁动势的磁场调制效应，该类型电机气隙中存在丰富的气隙谐波，部分谐波会导致电机损耗增加，从而造成温度升高、损坏电机等危害。因此，如何在保证电机转矩输出能力的同时，降低磁场调制电机损耗成为一个亟待解决的热点问题。　　本文基于磁场调制理论，分析并建立了气隙谐波与电机铁芯损耗和永磁体涡流损耗（铁芯损耗和永磁体涡流损耗后面简称“综合损耗”）的关系。以产生电机综合损耗的主导谐波为设计指引，创新性提出以主导气隙谐波为核心的磁场调制电机综合损耗抑制方法。本课题研究主要针对一台外转子磁场调制永磁电机(Outer-rotor flux modulation permanent magnet motor，简称OR-FMPM电机)展开，并进行分析优化和实验验证。主要内容如下：　　首先针对国内外磁场调制电机铁耗和永磁体涡流损耗的发展现状进行详细的介绍；然后分析并推导磁场调制电机永磁磁场和电枢磁场气隙谐波产生机理，分析构建铁芯损耗和永磁体涡流损耗的计算模型，探索研究电机气隙磁密谐波与电机损耗的映射规律。　　随后，为了验证理论分析的有效性，选取一台OR-FMPM电机作为研究对象。结合计算模型和有限元仿真，分别确定影响OR-FMPM电机产生铁芯损耗和永磁体涡流损耗的各次主导气隙谐波，并构建影响电机综合损耗的主导谐波群。　　接着,提出一种从气隙谐波角度出发优化OR-FMPM电机综合损耗的方法。此外，在优化时气隙谐波既是优化目标，也是连接电机综合损耗和参数设计变量的桥梁。结合敏感度分析和电机参数模型，计算筛选出高敏感度的关键参数，采用响应面法对各次主导气隙谐波产生的综合损耗进行优化，综合权衡确定OR-FMPM电机的最优设计方案。　　随后，为验证上述优化方法的正确性，根据优化后确定的最优参数，通过有限元仿真，对优化前后OR-FMPM电机空载和负载状态下的主要性能进行对比分析,其中包括空载反电势、磁场分布、损耗和输出转矩等。　　最后，将优化后的OR-FMPM电机进行加工，搭建该实验所需要的测量平台并进行相关实验。实验主要包含：反电势实验、转矩相关实验、效率实验等。实验结果与仿真值在合理的误差范围内相吻合，进一步表明本文所采取损耗抑制方法的有效性与电机设计的合理性。
作者：	张勇
专业：	电气工程
导师：	朱孝勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022