六相轴向磁通切换永磁电机设计、分析与优化

作     者：逯卓林 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵纪龙

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：轴向磁通 六相结构 磁场调制 绕组配置 优化设计 容错能力 

摘      要：基于电动汽车驱动电机高功率/转矩密度、广域高效、大转矩能力、高可靠性、低转矩脉动等要求,本文提出一种新型六相轴向磁通切换永磁(Axial Switched-Flux Permanent Magnet,ASFPM)电机,在拓扑结构、电磁设计、绕组配置、转矩机理、优化设计、电磁特性、容错性能、样机试验与性能验证等方面展开研究,并形成理论体系,为其推广应用提供理论依据与技术基础。首先,分析新型六相ASFPM电机的拓扑结构和运行规律,提出对称式双三相绕组(Symmetric Double-three-phase Winding Configuration,SWC)和非对称式双三相绕组(Asymmetric Double-three-phase Winding Configuration,AWC)两种绕组配置。建立电机功率尺寸方程,探究一般电磁设计原则,总结一般通用设计方法,完成六相ASFPM电机初始设计,得出初始结构参数。其次,从永磁磁场、电枢反应磁场以及转矩产生机理三个方面出发,研究六相ASFPM电机的气隙磁场调制规律,揭示六相ASFPM电机的运行机理。建立基于初始结构参数下的电机磁势-磁导模型,推导气隙磁密谐波函数。分析空载气隙磁场与电枢反应气隙磁场中谐波分布与谐波转速特性,得出可以提供稳定电磁转矩的有效谐波。总结气隙磁通密度中各次谐波对电磁转矩的贡献比例,剖析六相ASFPM电机的转矩产生机理和一般运行规律,提出转矩及其它性能指标的优化方案。研究关键结构参数变化对六相ASFPM电机电磁特性的影响。结合气隙磁场调制规律与优化设计方案,优化电机结构参数,提升电机性能。与初始结构参数的电磁性能进行对比,验证优化方案的有效性。深入分析SWC与AWC两种绕组配置方式下的电磁特性,包括气隙磁密、永磁磁链、反电势、转矩性能等。研究单相故障状态下的电机运行特性,验证电机的容错能力。最后,试制一台中小功率六相ASFPM电机实验样机,搭建实验平台。测试电机特性,进行实验分析与性能评估,验证六相ASFPM电机的运行特性与理论分析的正确性。