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汽车用分块U形转子定子励磁发电机电磁特性研究
| 论文题名： | 汽车用分块U形转子定子励磁发电机电磁特性研究 |
| 关键词： | 汽车电励磁双凸极发电机;分块U形转子结构;参数优化;电磁性能 |
| 摘要： | 电励磁双凸极发电机（DSEG）作为一种新型无刷直流发电机，具有结构简单、调压容易等优点，在汽车电源系统中具有重要的研究意义和应用价值。但是传统DSEG为双凸极结构，存在定转子间磁路长，转子质量大以及电机可靠性较差等问题。为了缩短电机磁路、减轻转子质量并提高电机的可靠性，本文在研究传统DSEG拓扑的基础上，提出了一种采用分块U形转子结构的定子励磁发电机（UR-SEG），并对其运行原理、参数优化、电磁性能以及容错能力等方面展开研究，主要内容如下： 通过研究传统DSEG拓扑以及不同类型转子，给出了本文UR-SEG的基本拓扑结构，确定了U形转子电机设计的基本理论。研究UR-SEG的工作原理并建立了电机的等效磁网络模型，推导了电机励磁绕组自感表达式、励磁绕组与相绕组互感表达式等，得到UR-SEG运行时励磁绕组自感不随转子位置角变化的规律，符合DSEG的设计要求。设计了三相和六相两套绕组布置方案，分别适用于不同的工作场合。 基于磁阻类电机的设计方法，初步设计了电机的主体结构参数。以降低电机励磁绕组感应电动势，提高电机输出能力为目标，建立了关于气隙长度的综合性能评价函数，重点对电机的气隙长度进行了选取与优化。并通过有限元仿真与Taguchi法相结合的方法对定、转子极弧角度以及U形转子总跨度等参数进行了最优组合，得到最优尺寸参数。 运用有限元仿真方法研究UR-SEG空载与负载工况的磁链、气隙磁密和感应电动势等电磁特性，重点分析了电机电动势的谐波含量。采用Bertotti铁耗分离模型对电机各部位的铁损进行了计算，得到UR-SEG各部位铁损分布规律。为保证电机结构的可靠性，通过有限元分析软件对转子总成进行了应力场分析，验证分块转子结构的稳定性。 研究了六相UR-SEG的容错能力，分别从理论与仿真两方面对电机的容错机理进行分析。对UR-SEG在开路和短路故障状态下的磁链、电动势和输出电压等电磁特性分别进行了仿真分析，得到UR-SEG在故障状态下电磁特性的规律。对比研究六相UR-SEG与传统六相DSEG各故障条件下的输出能力，验证了其具有更加出色的容错能力。 最后，制作了一台六相UR-SEG实验样机，并对样机进行了正常状态与故障状态下空载与负载发电实验，实验验证了本文理论分析、电机设计与仿真分析的正确性。 |
| 作者： | 陶学恒 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 史立伟;马清芝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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