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车用高转矩密度定子无轭轴向磁通永磁同步电机优化设计

车用高转矩密度定子无轭轴向磁通永磁同步电机优化设计

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作者：张天雄重庆理工大学

学位级别：硕士

相比于传统径向磁通永磁电机,定子无轭轴向磁通永磁电机因没有定子轭部,既节省了铁心材料,又提高了电机效率,更适用于新能源汽车、全电自转旋翼飞机等安装空间有限的场所。本文以一款62k W,3800rpm车用驱动电机为研究目标,结合解析法和... 详细信息

相比于传统径向磁通永磁电机,定子无轭轴向磁通永磁电机因没有定子轭部,既节省了铁心材料,又提高了电机效率,更适用于新能源汽车、全电自转旋翼飞机等安装空间有限的场所。本文以一款62k W,3800rpm车用驱动电机为研究目标,结合解析法和有限元法,对YASA电机进行优化分析。相关研究工作主要包括:首先,针对有限元法电磁和热计算时间长、占用计算机资源多的问题,采用分环法构建磁路模型,介绍电机各部分损耗的相关理论基础,并利用有限元验证磁路模型有效性。使用集总参数热网络法构建热网络模型;考虑温升和电磁性能之间的相互影响,建立YASA电机的磁热耦合模型,以更准确地评估电机性能。其次,基于磁热耦合模型完成了电机初始尺寸设计、极槽配合选择;为了明确各参数对电机性能的具体作用,分别以电机在整个运行区间内的高效区占比、最高效率以及电机有效重量等指标为目标,进行设计参数的敏感性分析。分析了每槽导体数、极弧系数、永磁体磁化方向长度、气隙长度和槽型尺寸等设计参数对电机效率及高效区占比的影响;为了提高电机性能,采用遗传算法对电机进行多目标优化,确定合适的电机设计方案。再次,使用有限元进一步对设计方案进行仿真分析,针对电机中涡流损耗大的问题,分析了永磁体及定子固定支架的涡流损耗抑制策略;针对轴向磁通电机转矩波动大的问题,分析永磁体斜极对电机齿槽转矩的影响,并通过优化永磁体斜极抑制齿槽转矩以优化转矩波动;针对永磁体高温、大电流下的退磁效应,分析永磁体的退磁情况;基于磁热耦合模型以及有限元分析,进行轴向磁通电机高效设计的软件平台开发,以便于同类型轴向磁通电机的快速设计。最后,制作样机并搭建轴向磁通电机实验测试平台。在此基础上,测量样机空载反电势和损耗,并与有限元仿真结果进行比较,深入分析了样机空载反电势与有限元误差较大的原因,为同类型轴向磁通电机制造、装配提供参考。

关键词：永磁电机定子无轭轴向磁通优化设计转矩波动涡流损耗

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