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电动汽车用V形转子磁体结构永磁同步电动机研究

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电动汽车用V形转子磁体结构永磁同步电动机研究

作者：张懿夫山东大学

学位级别：硕士

近年来,随着世界经济快速发展,大气环境也随之恶化,使用电动汽车等新能源汽车取代燃油汽车是世界各国治理大气污染的共识。作为电动汽车的核心部件,电动机及其驱动系统是决定电动汽车整体性能和驾乘体验的关键。因此,对电动汽车电动机... 详细信息

近年来,随着世界经济快速发展,大气环境也随之恶化,使用电动汽车等新能源汽车取代燃油汽车是世界各国治理大气污染的共识。作为电动汽车的核心部件,电动机及其驱动系统是决定电动汽车整体性能和驾乘体验的关键。因此,对电动汽车电动机及其驱动系统的研究已成为电机研究领域的重要课题。V形转子磁体结构永磁同步电机可以充分利用其磁阻转矩,具有较高的转矩密度和功率密度。本文对电动汽车用V形转子磁体结构永磁同步电机进行研究,致力于进一步提高该电机的性能,本文主要内容如下:1.对V形转子磁体结构永磁同步电动机的数学模型进行研究,深入分析并比较交、直轴电感参数常用数值计算方法。采用基于冻结磁导率法的电磁场有限元分析,充分考虑磁路饱和以及交轴、直轴磁路耦合,计算了 V形转子磁体结构永磁同步电机在不同负载运行工况下交、直轴电感参数,并采用基于薄板样条函数的插值算法对参数数据进行了拟合,为该种电机的驱动控制系统仿真和控制优化奠定了数据基础。2.针对电动汽车用V形转子磁体结构永磁同步电动机,提出了一种添加隔磁小气隙的改进转子结构,以优化其反电动势波形的正弦性。深入研究该转子结构磁障宽度、磁障厚度、隔磁小气隙位置、宽度以及V形永磁体夹角等多个设计变量对其反电动势幅值及其波形正弦性、齿槽转矩等性能参数的影响。3.提出一种基于遗传算法与响应面法的适于V形永磁体转子结构的多目标、全局参数优化设计方法,并进行了优化设计研究,以在增大相反电动势的同时,优化其波形正弦性,减小转矩脉动。4.设计基于绕组换接的V形转子磁体结构永磁同步电动机换挡机构,较好地解决了电动汽车驱动电机既要求低速大转矩,又要求高速运行的矛盾,且可以有效避免电机运行于弱磁区铜损增加和永磁体不可逆退磁等风险。在此基础上,建立了基于Simplorer和Maxwell的V形转子磁体结构永磁同步电动机电机与驱动系统联合仿真模型,验证以V形转子磁体结构永磁同步电动机为核心的电动汽车电驱系统性能。5.样机设计与试验。试制电动汽车用V形转子磁体结构永磁同步电动机样机,并对该样机进行空载试验与负载试验,将实验数据与有限元仿真计算结果进行比较,验证样机性能。6.总结与展望。对本文进行全面总结,得出结论,并对今后更深入的研究工作提出建议。

关键词：电动汽车用永磁电机遗传算法响应面法冻结磁导率绕组换接

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内置式永磁同步电机电感参数对转矩的影响

内置式永磁同步电机电感参数对转矩的影响

作者：覃家财重庆大学

学位级别：硕士

内置式永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、高效率、高能量密度等优点，近年来在混合动力汽车、空调驱动、船舶及航空航天等领域得到广泛的应用。内置式永磁同步电机转子磁路结构复杂，磁路饱和度高，并且存在交叉耦合作用，电机参数... 详细信息

内置式永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、高效率、高能量密度等优点，近年来在混合动力汽车、空调驱动、船舶及航空航天等领域得到广泛的应用。内置式永磁同步电机转子磁路结构复杂，磁路饱和度高，并且存在交叉耦合作用，电机参数的非线性使得电感参数难以精确计算，从而对电机性能分析也缺乏准确性。本文首先介绍了永磁电机的基本理论和有限元方法的理论。在此基础上，运用JMAG-designer软件建立了永磁体为一字型放置的内置式永磁同步电机模型，对所建电机模型的磁场进行分析，得到了计及交直轴间交叉耦合的磁链模型和转矩模型，利用冻结磁导率方法对电机各电感参数进行计算，并作理论分析。结果表明，交直轴间存在明显交叉耦合作用，并且这种作用在磁路不饱和时较大。其次，分析了电感参数变化对电机单位电流输出最大转矩性能的影响。分析表明，电机大转矩运行时，因交叉耦合作用产生的磁阻转矩负向增长是单位电流转矩出力下降的重要原因。最后，分析了定子齿宽、隔磁磁桥宽度和永磁体形放置形式对电机磁场、电感参数以及电磁转矩的影响，建立了优化V型永磁结构电机，对此电机出力进行仿真，并与原始一字型电机对比分析。结果表明，在电机大转矩运行工况下，优化V型永磁结构电机能在提高永磁转矩出力的同时，减小了交叉耦合磁阻转矩负向增长的幅度，从而使总的转矩出力得到提高。

关键词：内置式永磁同步电机交叉耦合冻结磁导率转矩特性

不对称偏心气隙结构的电动机车用永磁同步电机研究

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不对称偏心气隙结构的电动机车用永磁同步电机研究

作者：潘陶红上海大学

学位级别：硕士

为提高电动机车用永磁同步电机的功率密度,气隙长度通常设计得较小,而这使得电枢反应对气隙磁场的影响加强,导致负载气隙磁密与反电势严重畸变。为此本文设计了一种不对称偏心气隙结构,并分别围绕该结构在整数槽分布绕组电机与分数槽集... 详细信息

为提高电动机车用永磁同步电机的功率密度,气隙长度通常设计得较小,而这使得电枢反应对气隙磁场的影响加强,导致负载气隙磁密与反电势严重畸变。为此本文设计了一种不对称偏心气隙结构,并分别围绕该结构在整数槽分布绕组电机与分数槽集中绕组电机中的应用展开研究。论文主要研究内容如下:(1)考虑交叉耦合及饱和的PMSM电磁参数研究介绍基于冻结磁导率法的电感参数计算方法,并基于该方法对(9轴坐标系下PMSM基本数学模型中的磁链方程与转矩方程进行修正,为后续分析奠定理论基础。(2)不对称偏心气隙在整数槽分布绕组电机中的设计与分析鉴于常规结构ISDWPMSM的负载气隙磁场存在明显畸变,结合电动机车单向驱动特性,设计一种不对称偏心气隙结构,磁场增强处采用偏心气隙,磁场削弱处采用均匀气隙。通过定义设计参数——最大最小气隙比,对该结构进行优化。对比对两种结构ISDWPMSM的电磁性能,并分别采用传统磁链电流法与冻结磁导率法分析不对称偏心气隙结构对电感的影响,基于冻结磁导率法对转矩进行深入分析。研究表明,不对称偏心气隙结构能显著削弱负载磁场畸变,额定工况下转矩脉动可降低70.75%,额定转速下不同负载时效率均有明显提升;由于交轴气隙的增大,交轴电感有所减小,而直轴电感基本不变;与常规结构ISDWPMSM相比,该结构电机具有更大的永磁转矩,而其传统磁阻转矩相对较小。(3)不对称偏心气隙在分数槽集中绕组电机中的设计与分析基于反电势与定转子主要尺寸一致原则开展常规结构与不对称偏心气隙结构FSCWPMSM设计,并对两者的电磁性能进行对比。分别在理想正弦电流供电与逆变器供电条件下,分析不对称偏心气隙结构对电机铁耗的抑制效果。研究表明,FSCWPMSM磁动势谐波丰富,磁场畸变更为严重,而不对称偏心气隙结构能对其进行有效抑制,并改善电机性能;额定工况下,ISDWPMSM与FSCWPMSM铁耗分别可降低22.74%、29.11%,其中不对称偏心气隙结构对涡流损耗(相较于磁滞损耗)与转子铁耗(相较于定子铁耗)的抑制效果更为显著;考虑电流时间谐波影响时,铁耗明显增加,但该结构仍可对其进行有效抑制。(4)基于矢量控制的PMSM联合仿真研究为考虑实际控制系统对电机性能的影响,建立基于矢量控制的JMAG-Simulink-PSPICE联合仿真平台,并借助该平台对所设计的4台电机进行分析,进一步验证不对称偏心气隙结构的有效性与可行性。

关键词：电动机车不对称偏心气隙冻结磁导率铁耗分析联合仿真

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圆筒型永磁直线发电机的设计与优化

圆筒型永磁直线发电机的设计与优化

作者：张贝兰州理工大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机的不断加剧,风力发电、太阳能光伏发电、海浪波能发电、太阳能热发电等清洁可再生能源发电已成为研究热点。本文所研究的主要内容就是与太阳能热发电系统所配套使用的一种圆筒型永磁直线发电机。在碟式斯特林太阳能热... 详细信息

随着全球能源危机的不断加剧,风力发电、太阳能光伏发电、海浪波能发电、太阳能热发电等清洁可再生能源发电已成为研究热点。本文所研究的主要内容就是与太阳能热发电系统所配套使用的一种圆筒型永磁直线发电机。在碟式斯特林太阳能热发电系统中,永磁直线发电机作为机电能量转换装置,对整个太阳能热发电系统的发电效率和输出电能质量有着重要影响。本文对圆筒型永磁直线发电机进行了相关的分析、设计、优化的工作。文章对直线电机的研究与发展状况、结构、分类和工作原理进行了简单的阐述与说明,并设计了一种圆筒型永磁直线发电机,利用有限元分析软件Ansoft Maxwell对电机进行了模型的建立与电磁分析。分析了发电机的空载特性,并对该电机的轴向、径向充磁永磁体轴向长度比例、永磁体厚度、定子齿宽度等主要参数进行了分析,确定了发电机反电动势幅值和反电动势波形畸变率随参数的变化情况。由于上述分析并未考虑主要参数共同变化的情况下对发电机反电动势幅值及其波形畸变率的影响,以反电动势波形畸变率最小为优化目标,采用正交优化方法对参数进行了优化。对优化后发电机的输出电压以及输出功率随负载的变化情况进行了分析,得到了发电机的输出电压和功率曲线图,为下一步发电机输出电能转换奠定了基础。在校验永磁电机设计的合理性、运行性能仿真以及基于d-q坐标系的控制算法时都需要准确得到交直轴电感、磁链等稳态参数,而上述参数又受到交叉饱和效应的影响,常规方法无法准确计算。本文运用有限元方法,以冻结磁导率法为手段,将非线性场线性化,计算得到了电机的直轴、交轴电枢反应电感参数随直轴、交轴电流的变化趋势,得到了直轴反应电感、交轴反应电感随交直轴电流的变化曲面。本文还分析了电机中所存在的定位力的问题。论述了永磁直线电机定位力产生的原因,推导了边端力和齿槽力的表达式,并且讨论了减少边端力和齿槽力的措施和方法。随后从改变电机定子轴向长度和边端齿高度的角度着手,对发电机模型进行了定位力的有限元仿真分析,得到了上述参数在不同尺寸下对应的定位力变化情况,得出了参数的最优尺寸值。

关键词：圆筒型永磁直线发电机有限元法反电动势波形优化设计冻结磁导率定位力

极靴隔磁槽对9槽6极IPMSM关键频段噪声的抑制研究

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微特电机 2021年第8期49卷 1-5,11页

作者：徐飞邱小华尹华杰广东美芝制冷设备有限公司佛山528399 华南理工大学电力学院广州510640

针对一台压缩机用9槽6极内置式永磁同步电动机(IPMSM)样机在某关键频段存在较高噪声的问题,确定了引起该噪声的关键磁密谐波及径向电磁力谐波,提出并设计了极靴隔磁槽方案来抑制关键磁密谐波,并基于FEM动态冻结磁导率法计算了隔磁槽措... 详细信息

针对一台压缩机用9槽6极内置式永磁同步电动机(IPMSM)样机在某关键频段存在较高噪声的问题,确定了引起该噪声的关键磁密谐波及径向电磁力谐波,提出并设计了极靴隔磁槽方案来抑制关键磁密谐波,并基于FEM动态冻结磁导率法计算了隔磁槽措施对关键磁密谐波的抑制作用,最后通过各方案样机的噪声测试,验证了极靴隔磁槽对关键频段噪声的良好抑制效果。

关键词：永磁同步电动机冻结磁导率降噪振动噪声径向电磁力

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永磁同步电机高频信号注入法时高频电感计算

工业控制计算机 2018年第3期31卷 148-150页

作者：吕鹏崔巍张福星上海大学机电工程与自动化学院上海200072

高频信号注入法作为永磁同步电机无位置传感器控制算法的一种,其精度在一定程度上受到电感计算精度的影响。目前高频信号注入法实现电机无位置传感器控制,电机轻载时高频数学模型中使用基频电感,而在电机重载时仍使用基频电感会影响转... 详细信息

高频信号注入法作为永磁同步电机无位置传感器控制算法的一种,其精度在一定程度上受到电感计算精度的影响。目前高频信号注入法实现电机无位置传感器控制,电机轻载时高频数学模型中使用基频电感,而在电机重载时仍使用基频电感会影响转子位置估算精度。以10极12槽样机为例借助冻结磁导率法,求解出了电机饱和时高频电压数学方程中的高频电感,并进行有限元电机本体与Simulink的联合仿真验证,为提高高频信号注入法实现的无位置传感器控制精度提供借鉴。

关键词：高频信号注入饱和冻结磁导率高频电感

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内嵌式永磁同步电动机电感参数特性的研究

微电机 2015年第6期48卷 23-27页

作者：高泽梅王淑红武潇王延涛太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 国网山东省滨州市供电公司山东滨州256600

首先推导交直轴电流和定子三相电流对应关系的表达式,在此基础上,研究了计及铁心饱和和交叉影响对永磁电机电感的影响。以一台380 V、22 k W的内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)为例,在Ansoft/Maxwell环境下建立有限元模型,采用冻结磁导率法(... 详细信息

首先推导交直轴电流和定子三相电流对应关系的表达式,在此基础上,研究了计及铁心饱和和交叉影响对永磁电机电感的影响。以一台380 V、22 k W的内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)为例,在Ansoft/Maxwell环境下建立有限元模型,采用冻结磁导率法(FPM)仿真分析得出定子电枢绕组只通交轴电流、只通直轴电流和交直轴电流均存在时电机交直轴电感随定子电流和转子位置角的变化规律。为进一步研究分析永磁电机提供理论基础。

关键词：交直轴电感冻结磁导率有限元铁心饱和

采用全局交叉耦合法计算永磁电机dq轴电感及特性

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控制与信息技术 2018年第3期 22-26,32页

作者：王禹冯江华李伟业冯守智史俊旭陈致初中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001

永磁电机dq轴电感计算的准确性决定了电机特性计算的准确性。为了研究电感精确计算方法,提出一种预测dq轴磁链、端电压及电磁转矩的方法,以某电动汽车电机为研究对象,利用电机有限元模型并考虑交叉耦合效应计算出不同id,iq下的dq轴电感... 详细信息

永磁电机dq轴电感计算的准确性决定了电机特性计算的准确性。为了研究电感精确计算方法,提出一种预测dq轴磁链、端电压及电磁转矩的方法,以某电动汽车电机为研究对象,利用电机有限元模型并考虑交叉耦合效应计算出不同id,iq下的dq轴电感,进而计算电机关键特性,依此可较容易地确定电机的电磁性能。利用该方法计算的电机dq轴电感与采用冻结磁导率方法的计算结果基本一致,所计算出电机的转矩-转速特性、效率Map图等关键数据也与实测结果基本吻合,证明了该计算方法的有效性。

关键词：幽轴电感交叉耦合磁饱和冻结磁导率永磁电机

双层V型双三相永磁同步电机的电感计算与转子结构优化

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微电机 2021年第10期54卷 23-27页

作者：安忠良罗文孙宁周挺沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心沈阳110870

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,是电机设计的关键。双三相永磁同步电机性能计算需要准确的计算电感及磁链等相关参数,而电机在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合效应影响严重,常规方法无法准确计算。本文采用冻结磁导率法... 详细信息

电感是永磁同步电机控制中重要的性能参数,是电机设计的关键。双三相永磁同步电机性能计算需要准确的计算电感及磁链等相关参数,而电机在运行过程中受磁路饱和与磁路交叉耦合效应影响严重,常规方法无法准确计算。本文采用冻结磁导率法对电机交直轴电感进行计算分析,通过改变交直轴电流大小,分析电感变化规律。分析双层V型永磁体张角及永磁体间距的变化对电机性能的影响,在保证永磁体的用量不变的情况下增大了凸极率,提高电机的过载能力。

关键词：双三相交直轴电感冻结磁导率凸极率