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电动汽车用双永磁励磁游标电机电磁设计与特性分析
| 论文题名： | 电动汽车用双永磁励磁游标电机电磁设计与特性分析 |
| 关键词： | 电动汽车;游标电机;有限元分析;转矩密度;结构优化 |
| 摘要： | 近年来，在全球范围内提倡可持续发展、节能减排的大环境下，传统燃油汽车将逐渐退出历史舞台，电动汽车迎来新的发展机遇。驱动电机作为电动汽车的核心部件，将朝着高功率密度、高效率、宽调速范围方向发展；直驱式轮毂驱动系统在没有其他动力装置前提下，可以直接为电动汽车提供动力，这使得电动汽车更加轻量化，提升了电动汽车性能。本文主要以电动汽车直驱式轮毂电机设计为切入点，开展了相关研究工作。 针对现有游标电机(PermanentMagnetVernierMotor,PMVM)结构输出转矩较低的情况。在传统PMVM结构的基础上，为提高PMVM的输出转矩，发挥Halbach永磁体阵列的聚磁优势，提出了Halbach游标电机A(HalbachPermanentMagnetVernierMotor,HPMVMA)。采用解析分析法和有限元法，对比分析了PMVM和HPMVMA，结果显示采用Halbach永磁体阵列后提高了电机的空载反电势和输出转矩，减少了永磁体用量，但也带来了电机转矩脉动的增加。因此，在HPMVMA调制齿之间加入永磁体，构成新型Halbach永磁体阵列B型结构永磁游标电机(HalbachPermanentMagnetVernierMotor,HPMVMB)，对HPMVMB进行了永磁体、调制齿、定子齿宽等结构参数的优化，通过空载性能和负载性能仿真。结果表明，与HPMVMA相比，HPMVMB永磁体用量增加20%的情况下，电机转矩密度提高了69.01%，而转矩脉动下降了11.74%。 针对HPMVMB结构存在永磁体极对数较多，转子永磁体大量的外部漏磁导致电机功率因数低的问题，提出了双永磁励磁V型游标电机(DualPermanentMagnetV-typeVernierMotor,DVPMVM)结构设计方案。在HPMVMB结构基础上，改变了外转子永磁体排列方式，重新设计了电机定子调磁齿数，并采用新的槽极配合。应用DVPMVM结构设计方案进行有限元仿真，并与转子励磁V型游标电机(RotorPermanentMagnetV-typeVernierMotor,RVPMVM)、定子励磁V型游标电机(StatorPermanentMagnetV-typeVernierMotor,SVPMVM)结构设计方案进行对比，通过比较三种结构的空载和负载性能，可知双永磁体励磁的DVPMVM结构能够有效地提高电机电磁转矩，在空载反电势和负载电磁转矩方面均优于采用单永磁体励磁的SVPMVM和RVPMVM结构。 为了进一步提升DVPMVM结构的输出转矩，对DVPMVM进行了定子齿宽度、调制极宽度、调制极厚度、永磁体厚度优化。优化后电机输出转矩由76.22N·m提高到了95.75N·m，优化前电机转矩脉动为17.23%，优化后电机的转矩脉动为8.25%，转矩脉动下降了8.98%；通过对DVPMVM进行弱磁分析和损耗计算可知，DVPMVM在两倍额定转速下仍然能够保持在恒功率运行，DVPMVM的效率为93.11%，说明了DVPMVM具有调速范围宽和效率高的特点，可作为轮毂驱动电机应用于电动汽车。论文研究为游标电机应用在电动汽车轮毂驱动系统提供了有益参考。 |
| 作者： | 姜胜龙 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王秀平;张延鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 沈阳工程学院 |
| 学位年度： | 2021 |
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