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径向磁场调制型无刷双转子电机的研究

2020-12-12阅读(210)

径向磁场调制型无刷双转子电机的研究

论文摘要

混合动力汽车中,基于行星齿轮、发电机和电动机的电控无级变速传动系统是目前最成功的混合动力驱动系统。磁场调制型无刷双转子电机与传统电机相配合,不仅能够取代行星齿轮系统为车辆负载和发动机之间提供转速差和转矩差,实现无级变速功能,而且解决了以往有刷复合电机中内转子绕组发热严重和电刷滑环结构带来电机可靠性下降的问题。本文针对径向磁场调制型无刷双转子电机（Radial Magnetic-Field-Modulated Brushless Double-Rotor Machine, RMFM-BDRM）进行深入的研究。首先,针对RMFM-BDRM工作原理的特殊性,采用解析法对该电机的运行原理进行推导和分析,推导了永磁转子永磁体极对数、调制环转子导磁块数和定子电枢磁场极对数之间满足的数学关系式,建立了永磁转子、调制环转子和定子电枢三者之间转速和转矩的数学模型,为电机的设计和控制提供了参考依据。同时采用有限元法对不同结构特点的电机模型进行仿真分析,通过对电机的气隙磁场、反电势和输出力矩等性能评估,验证了该电机工作原理的正确性和方案实施的可行性。其次,研究了RMFM-BDRM系统功率流问题,在此基础上,探讨了该电机运行的基本模式,提出了该电机设计时遵循的基本原则和设计方法,为电机的电磁设计提供理论指导。探讨了永磁体和导磁块的匹配关系对电机的气隙磁场和反电势的影响,为电机结构方案的选取提供参考依据。再次,对RMFM-BDRM的功率因数和力矩等问题进行了研究,为提高电机的电磁性能奠定了基础。结合已有的电机方案,分析了该电机功率因数偏低的原因,并提出了提高该电机功率因数的方法。根据提出的方法,探讨了导磁块与永磁体的配比、导磁块的跨距、厚度、气隙长度及电机长径比对电机的功率因数的影响。同时从提高电机力矩极限输出能力的角度,研究了导磁块跨距、厚度和定子槽口对电机输出力矩和力矩波动的影响。最后,针对电机铁心损耗产生的机理,研究了电机在空载和负载情况下,永磁转子铁心、永磁体、调制环转子铁心和定子铁心中磁场的分布规律,并分析了电机铁心损耗的分布规律,为电机效率和温升计算提供理论依据。同时探讨了软磁复合材料作为定子时的定子铁心损耗和实心铁作为调制环转子导磁块时的调制环转子损耗,为电机的材料选取提供了依据。最后对径向磁场调制型电机的各项指标进行了综合评价。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义
  • 1.2 有刷复合电机的研究现状
  • 1.2.1 四象限能量转换器
  • 1.2.2 电气变速器
  • 1.2.3 磁阻式四端口机电能量变换器
  • 1.2.4 双机械端口电机
  • 1.2.5 双转轴混合磁路能量变换器
  • 1.2.6 复合结构永磁同步电机
  • 1.3 无刷复合电机的研究现状
  • 1.3.1 电磁耦合无级变速传动器
  • 1.3.2 无刷双机械端口电机
  • 1.3.3 爪极无刷双机械端口电机
  • 1.3.4 无刷馈电爪极复合电机
  • 1.4 本文的研究工作
  • 第2章 RMFM-BDRM 的工作原理
  • 2.1 引言
  • 2.2 RMFM-BDRM 工作原理的解析分析
  • 2.2.1 RMFM-BDRM 的基本结构
  • 2.2.2 RMFM-BDRM 磁场和转速的解析分析
  • 2.2.3 RMFM-BDRM 转矩的解析分析
  • 2.3 RMFM-BDRM 工作原理的有限元分析
  • 2.3.1 RMFM-BDRM 气隙磁场的有限元分析
  • 2.3.2 RMFM-BDRM 转速和转矩的有限元分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 RMFM-BDRM 的设计原则和设计方法
  • 3.1 引言
  • 3.2 RMFM-BDRM 系统的功率流分析
  • 3.3 RMFM-BDRM 的设计原则
  • 3.4 RMFM-BDRM 的设计方法
  • 3.4.1 电机的主要尺寸关系式
  • 3.4.2 导磁块和永磁体的匹配
  • 3.5 RMFM-BDRM 方案的确定
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 RMFM-BDRM 功率因数和力矩的分析与优化
  • 4.1 引言
  • 4.2 RMFM-BDRM 功率因数的分析与优化
  • 4.2.1 RMFM-BDRM 功率因数的分析
  • 4.2.2 导磁块和永磁体的匹配对功率因数的影响
  • 4.2.3 导磁块的优化
  • 4.2.4 气隙对电机功率因数的影响
  • 4.2.5 电机长径比对电机功率因数的影响
  • 4.3 RMFM-BDRM 力矩及力矩波动的分析与优化
  • 4.3.1 导磁块跨距的优化
  • 4.3.2 导磁块厚度的优化
  • 4.3.3 定子槽口的优化
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 RMFM-BDRM 铁损的分析及电机性能的综合评价
  • 5.1 引言
  • 5.2 RMFM-BDRM 铁损的分析与计算
  • 5.2.1 空载时电机铁损的分析与计算
  • 5.2.2 负载时电机铁损的分析与计算
  • 5.3 不同材料对RMFM-BDRM 铁损的影响
  • 5.3.1 软磁复合材料对定子铁心损耗的影响
  • 5.3.2 实心铁对调制环转子损耗的影响
  • 5.4 RMFM-BDRM 性能的综合评价
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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