基于磁阻转矩的高功率密度永磁轮毂电机的设计研究

论文摘要

随着社会经济的迅速发展,能源危机和环境污染已经严重地影响了人类的正常生活,这就促使各国加紧实施电动车的研发计划。内置式永磁同步电机可以充分地利用磁阻转矩,在提高电机转矩性能的同时,扩大电机的恒功率运行范围,是较其它电机更具竞争力的电动汽车用驱动电机。本文在分析了国内外轮毂电机的多种应用情况的基础上,以某50kW永磁轮毂电机项目为背景,对磁阻转矩在永磁同步电机中的利用情况及电机主要参数对转矩的影响进行了深入研究。针对轮毂式永磁电机的特殊工况要求,本文首先分析了轮毂驱动方式中永磁同步电机的性能要求,研究了基于磁阻转矩的永磁同步电机的结构特点及其分析方法,并在此基础上确定了样机模型。然后,对影响永磁同步电机转矩性能的参数进行了分析计算和优化设计。利用磁链法对交直轴电感进行计算,着重分析了交叉耦合对电机电感的影响。最后在对永磁同步电机转矩性能各个方面分析的基础上,通过有限元分析软件分别研究了磁阻转矩对永磁同步电机的平均转矩、失步转矩和转矩脉动,以及电机恒功率运行范围等性能的影响。并且,进一步分析了永磁体尺寸和嵌入位置对永磁同步电机磁阻转矩利用率和转矩脉动的影响。通过本文的研究工作,将为基于磁阻转矩的电动汽车驱动永磁同步电机的优化设计、拓宽恒功率运行范围的深入研究提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外对轮毂电机研究的应用综述
• 1.2.1 轮毂电机的国外研究现状
• 1.2.2 轮毂电机的国内研究现状
• 1.3 各国电机研究中对磁阻转矩的利用情况
• 1.3.1 在丰田Prius中的利用情况
• 1.3.2 ALA转子结构的出现
• 1.4 本课题主要研究的内容
• 第2章 基于磁阻转矩的永磁同步电机的分析方法和模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 轮毂电机所处的特殊工况对其性能的特殊要求
• 2.2.1 特殊工况下对电机的特殊要求
• 2.2.2 轮毂驱动方式分类
• 2.3 基于磁阻转矩的永磁同步电机的结构特点
• 2.3.1 定子部分
• 2.3.2 转子部分
• 2.4 基于磁阻转矩的永磁同步电机的分析方法
• 2.4.1 稳态运行时的相量图
• 2.4.2 电磁转矩和矩角特性
• 2.5 样机模型的确定
• 2.5.1 定子部分
• 2.5.2 转子部分
• 2.6 本章小结
• 第3章 影响永磁同步电机转矩性能的电机参数分析及计算
• 3.1 引言
• 3.2 影响永磁同步电机转矩性能的参数分析
• 3.3 气隙磁密的计算及优化设计
• 3.3.1 不均匀气隙的设计
• 3.3.2 磁钢尺寸、嵌入位置对气隙磁密的影响
• 3.4 电感参数的计算及对电机性能的影响
• 3.4.1 电感参数的计算方法
• 3.4.2 利用磁链法计算交、直轴电感
• 3.4.3 考虑交叉耦合情况下的交直轴电感特性研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁阻转矩对永磁同步电机性能的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 轮毂电机的特殊转矩要求
• 4.3 永磁轮毂电机转矩的参数分析
• 4.3.1 平均转矩的参数分析
• 4.3.2 转矩脉动的参数分析
• 4.3.3 失步转矩的参数分析
• 4.4 磁阻转矩对轮毂电机转矩性能的影响
• 4.4.1 磁阻转矩对平均转矩的影响
• 4.4.2 磁阻转矩对脉动转矩的影响
• 4.4.3 磁阻转矩对失步转矩的影响
• 4.5 磁阻转矩对恒功率运行范围的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 影响永磁轮毂电机磁阻转矩的参数分析
• 5.1 引言
• 5.2 永磁体尺寸对磁阻转矩的影响
• 5.2.1 永磁体宽度对磁阻转矩的影响
• 5.2.2 永磁体磁化方向长度对磁阻转矩的影响
• 5.3 永磁体的嵌入位置对磁阻转矩的影响
• 5.3.1 永磁体夹角对磁阻转矩的影响
• 5.3.2 永磁体交点到圆心的距离对磁阻转矩的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢