论文摘要
起发电机是指起动发动机和给直流电源充电都由一台电机来实现的电机系统,传统电机中,这两项功能由汽车起动机和发电机两个电机分别实现。由于相对于由两个分离的电机来实现这两项功能具有很多优势,起发电机在现代汽车和中度混合电动汽车应用中都引起很大程度的重视。从开关磁阻电机诞生以来,基于开关磁阻电机的新型双凸极电机的研究和应用越来越广泛。这些新型的双凸极电机的绕组或永磁体只设置在定子上,转子上不设线圈或永磁体,转子直接由冲片叠压而成,因而新型双凸极电机的结构比较简单,制作工艺较简单,生产成本相对较低。本文研究设计用于汽车起发电机的永磁开关磁链电机,永磁体内嵌于定子极内,它继承了开关磁阻电机结构简单、鲁棒性好、可靠性高的等优点,并且也具有永磁电机效率高、转矩密度大等特点;同时这种类型的电机还有效地消除了变磁阻电机控制复杂、噪音振动大等缺点。这种电机的工作机理为:激磁磁通始终存在且方向不变,但是随着转子位置的变化,激磁磁通切换其路径,使得定子绕组内磁链的大小和方向也发生变化,从而在电机的集中绕组中产生反电势。电机的电磁特性跟传统的永磁无刷电机非常相似,从而电机可以以永磁无刷直流或永磁同步电机的驱动方式进行驱动。类似于传统的永磁无刷机的优化设计,本文通过有限元的方法计算12/10结构永磁开关磁链电机的反电势、齿槽转矩、静态转矩等电机静态特性,并以此作为电机优化设计的依据。电机优化设计过程中,对电机几何拓扑结构中的一些参数例如转子齿宽作为优化变量,进行有限元分析结果的对比,最后通过综合考虑起发电机的性能要求,确定电机各参数的量。给出并分析永磁开关磁链起发电机的负载仿真,由于起发电机除了需要大起动转矩来启动发动机,还要求电机发电状态能在宽转速范围内运行,因此本文还仿真分析了电机的弱磁扩速性能,通过提前触发逆变器导通角和改变绕组连接方式,电机可以运行在很高的转速下,也验证了这种电机的弱磁扩速能力。最后提出了其他两种新结构永磁开关磁链电机,并与前文分析的12/10结构进行反电势对比分析,给出了影响一般永磁开关磁链电机的影响因数,对以后的研究有一定指导意义。