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电动汽车用高转矩密度轴向磁场永磁电机关键技术研究
| 论文题名： | 电动汽车用高转矩密度轴向磁场永磁电机关键技术研究 |
| 关键词： | 电动汽车;轴向磁场永磁电机;转矩密度;混合励磁;三维等效磁网络 |
| 摘要： | 本文针对电动汽车主驱电机领域进行研究，探索轴向磁场电机在集中式驱动系统和分布式驱动系统中的应用前景。针对电动汽车对驱动电机高转矩密度的要求，本文选择两种类型电机作为研究对象：集中式驱动双转子单定子内置式(Interior Permanent Magnet, IPM)轴向磁场永磁电机(Axial-flux Permanent Magnet Machine, AFPMM)以及分布式驱动新型轴向磁场混合励磁电机(Axial-flux Hybrid Excitation Machine, AFHEM)。 首先，进行了用于电动汽车牵引领域的具有整数槽分布绕组和分数槽集中绕组配置的定子无轭 AFPMM 的比较研究。设计了两台配备分数槽集中绕组的无轭分段电枢(Yokeless and Segmented Armature, YASA)型AFPMM，并通过有限元分析法与两台配备整数槽分布绕组定子无轭AFPMM进行了比较，包括转矩和功率密度、损耗和弱磁能力等。最后，给出了电动汽车用AFPMM拓扑、绕组选择的指导原则：整数槽分布绕组的IPM 轴向电机拥有最强的弱磁扩速能力，适合高转速集中式驱动系统，而 YASA 型AFPMM拥有更高的转矩密度，适合低速应用场景。 其次，针对电动汽车集中式驱动系统设计了一台高转速的高转矩密度双转子单定子AFPMM。同时，研究了在定子无轭 AFPMM 中引入有取向硅钢材料的可行性，为在AFPMM中引入有取向硅钢材料提供了设计思路，采用取向硅钢材料后，转矩提升3 %，效率提升0.4 %，同时电机高效区扩大。最后，考虑材料成本问题，采用无取向硅钢材料的双转子单定子AFPMM制造了样机进行了实验，与有限元计算结果对比，验证了仿真的准确性。 然后，基于分布式驱动系统对轮毂电机在转矩密度、弱磁扩速和安全性等方面的特定要求，提出了一种新型AFHE轮毂电机拓扑，并根据其励磁原理研究了三种电磁设计方案，基于所提出的AFHEM的三维有限元模型，通过仿真验证了其运行特性和功率输出特性，也验证了磁场调节范围、损耗、温升等。 最后，提出一种基于三维等效磁网络模型的新型AFHE轮毂电机高效计算方法。通过等效磁网络模型求解出电机的气隙磁密、磁链、反电动势、转矩和容错特性，与三维有限元计算结果对比分析，验证了三维等效磁网络法的有效性和正确性，以期获取一种具有三维磁场特征的复杂结构新型电机的快速设计手段，最后以磁网络模型为基础，分析主要磁通路径上导磁体饱和情况对电机励磁调节特性的影响规律，为后续优化电机关键部分尺寸提供思路。 |
| 作者： | 侯继宁 |
| 专业： | 电机与电器 |
| 导师： | 蔡卫峰;耿伟伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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