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新型混合励磁磁通切换电机的多物理场研究
| 论文题名： | 新型混合励磁磁通切换电机的多物理场研究 |
| 关键词： | 电动汽车;混合励磁;磁通切换电机 |
| 摘要： | 目前，电动汽车受到越来越多学者的关注，其驱动电机的高功率密度、宽调速范围和高运行效率等需求成为了现代电机设计的难点。传统的电机设计方法主要关注电机的电磁特性，对流体散热、电机温升和振动噪声等问题常根据工程经验，通过预留足够的安全裕度予以保障，缺乏系统分析和精确计算。然而电动汽车对驱动电机的高性能需求则需要对电机进行更加全面精准的分析，以实现在充分发挥材料性能的同时，确保电动汽车的高可靠性。因此，本文结合电动汽车驱动电机的实际应用需求，围绕一台新型混合励磁磁通切换（HybridExcitedFlux-Switching，HEFS）电机提出了基于多物理场耦合的电机设计与分析方法。 本文首先确定了电机需要进行温度场分析的工作状态点。然后基于有限元分析提出了一种扁铜导线线圈附加损耗的计算方法，并对电机各部分损耗的产生机理和分布规律进行研究。结果表明，扁铜导线长边产生的临近效应和集肤效应比短边更加显著，附加损耗更大，而永磁体槽内的励磁线圈在永磁体固定磁场的影响下，附加损耗最小。由于铁心的涡流损耗和磁滞损耗分布不均匀，为了提高计算精度，本文采用电磁-热耦合在温度场中导入铁损。 接着本文基于流体场仿真，比较了不同水道结构的流速分布特点。为了提高水冷散热效率，对水道结构进行优化设计，发现倒角能有效改善周向型Z字水道的流速分布均匀性。仿真结果表明，在相同的流量条件下，螺旋水道的散热性能最优。由此，本文确定了新型HEFS电机螺旋水道的有效散热面，进一步优化其几何尺寸，计算对流换热系数并以经验公式进行验证。 结合电磁场和流体场分析结果，本文计算了电机各工作状态点的温度场，校核永磁体与绕组绝缘材料的性能安全。为了研究电机的结构振动，本文深入分析了定子齿内侧气隙的磁密与电磁力分布。结果表明，电磁力基波、二次谐波和三次谐波是引起新型HEFS电机振动的主要原因。根据电磁力及其谐波分布，本文分别对定子系统和转子系统进行模态分析和谐响应分析，为电机结构在运行过程中的可靠性验证提供了完整的理论分析方法。 最后，本文搭建了空载反电势测试平台和水冷电机温升测试平台，完成对仿真结果的验证。 |
| 作者： | 倪舜杰 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 曹瑞武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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