双定子永磁同步轮毂电机的设计研究

论文摘要

轮式驱动系统是电动汽车的一种优良驱动形式,轮毂电机作为其核心部件,直接影响着整车的动力性和燃油经济性,成为近年来研发的重点。电动汽车对轮毂电机的要求为:高效率、高转矩密度以及宽的转速运行范围。面临这种严峻挑战,电机研究者们不断探索、思考,各种新结构、新概念电机应运而生。这其中,双定子永磁同步电机由于具有过载能力强、转矩密度大、电机材料利用率高和驱动控制系统灵活多样等优点,在轮式驱动的应用中显示出很大的开发和研究潜力。在此背景下,本文针对双定子永磁轮毂电机,从电机的结构、磁路模型、电机参数对转矩特性的影响、绕组工作方式以及齿槽转矩的抑制等方面展开研究。首先,给出双定子永磁同步轮毂电机的基本结构,在分析了已有并联式结构样机存在问题的基础上,选取串联磁路结构进行研究。建立了串联磁路双定子永磁同步电机的等效磁路模型,并对比了单双定子电机的电磁关系,为后文研究打下基础。然后,针对定子裂比这一重要设计参数,对双定子永磁同步电机的裂比做了定义,推导得到双定子永磁同步电机的外内裂比与转矩密度的表达式,在解析分析的基础上,通过三个方案的仿真研究,得出选取最优裂比的规律以及双定子永磁同步电机的设计原则。进而,讨论了外内绕组匝数配比以及连接方式对电机性能的影响。由于双定子永磁同步电机拥有外内两套绕组,使得绕组的匝数选用和工作形式灵活多样。研究表明,不同工作条件下,电机外内绕组匝数配比具有不同的选用原则,其性能都能优于传统单定子永磁同步电机;另外,绕组的串并联切换工作形式能够很好地满足电动车运行区间的需要。最后,对双定子永磁同步电机的齿槽转矩做出分析,推导了齿槽转矩表达式,并探讨了相应的抑制方法。采用电磁场仿真,通过改变极弧系数和改变外内定子相对位置,对两种串联磁路结构双定子永磁同步电机的齿槽转矩抑制做了对比研究。所得结论对合理选取电机参数进而有效抑制双定子电机齿槽转矩提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 永磁轮毂电机研究概述
• 1.2.1 永磁轮毂电机的分类
• 1.2.2 永磁轮毂电机国内外研究现状
• 1.3 双定子电机研究概况
• 1.3.1 双定子电机的结构原理
• 1.3.2 双定子电机的国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第2章 双定子永磁同步轮毂电机的结构分析和电磁关系
• 2.1 引言
• 2.2 双定子永磁同步轮毂电机的结构分析
• 2.2.1 双定子永磁同步轮毂电机的结构
• 2.2.2 传统永磁电机转子结构概述
• 2.2.3 双定子永磁同步轮毂电机转子结构的选用
• 2.3 串联磁路双定子永磁同步轮毂电机的磁路模型及电磁关系
• 2.3.1 串联磁路双定子永磁同步电机的磁路模型
• 2.3.2 串联磁路双定子永磁同步电机的电磁关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 双定子永磁同步轮毂电机转矩特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 双定子永磁同步电机的定子裂比与转矩密度的关系
• 3.2.1 传统永磁电机的定子裂比与转矩密度的关系
• 3.2.2 双定子永磁同步电机的定子裂比与转矩密度的关系推导
• 3.3 双定子永磁同步电机定子裂比与转矩密度关系的仿真研究
• 3.3.1 方案一的电磁场仿真研究
• 3.3.2 方案二的电磁场仿真研究
• 3.3.3 方案三的电磁场仿真研究
• 3.4 双定子永磁同步电机的效率和转矩密度的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 双定子永磁同步轮毂电机的绕组研究
• 4.1 引言
• 4.2 双定子永磁同步轮毂电机的绕组研究
• 4.2.1 双定子永磁同步电机外内绕组匝数配比的研究
• 4.2.2 双定子永磁同步电机绕组连接方式的研究
• 4.3 双定子永磁同步轮式电机绕组的仿真分析
• 4.3.1 双定子永磁同步电机绕组匝数配比的仿真研究
• 4.3.2 双定子永磁同步电机绕组连接方式的仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 双定子永磁同步轮毂电机齿槽转矩的研究
• 5.1 引言
• 5.2 双定子永磁同步轮毂电机齿槽转矩的解析分析
• 5.2.1 双定子永磁同步电机齿槽转矩的解析推导
• 5.2.2 双定子永磁同步电机齿槽转矩推导结果的分析
• 5.3 双定子永磁同步轮毂电机齿槽转矩的仿真分析
• 5.3.1 极弧系数对齿槽转矩的影响
• 5.3.2 外内定子相对位置对齿槽转矩的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢