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作者：万振宇江苏大学

学位级别：硕士

随着环境污染和能源匮乏等问题的日益严重,电动汽车由于低碳、环保等性能优势,获得了汽车工业与学术研究领域的广泛关注。稀土类永磁电机有着较高的转矩密度与运行效率,成为了当前电动汽车驱动电机研究领域的主要应用对象。然而,稀土类... 详细信息

随着环境污染和能源匮乏等问题的日益严重,电动汽车由于低碳、环保等性能优势,获得了汽车工业与学术研究领域的广泛关注。稀土类永磁电机有着较高的转矩密度与运行效率,成为了当前电动汽车驱动电机研究领域的主要应用对象。然而,稀土类永磁电机的气隙磁场相对恒定,难以直接调节,从而引起了调速范围窄、高速弱磁工况下运行效率低等不足。为实现电机磁场的灵活调节并拓宽电机调速范围,本文将漏磁可控的设计理念引入永磁电机的设计中,提出并设计了变漏磁永磁(Variable Leakage Flux Permanent Magnet,简称VLF-PM)电机。通过对VLF-PM电机针对性控制,可以实现VLF-PM电机的不同工况运行,从而有效提升了电机的调速范围。然而,由于VLF-PM电机在不同工况下运行时,电机磁饱和变化相对较大,导致了电机较大的磁密波动,从而引起了铁耗波动较大。较大的铁耗波动会导致VLF-PM电机不同时刻下的效率变化,为有效解决VLF-PM电机铁耗波动大的问题,本文针对VLF-PM电机的铁耗特性进行了详细的研究。首先,文章对国内外关于宽调速电机、变漏磁电机和铁心损耗的研究现状进行了研究分析。针对传统电机存在的不足之处,将漏磁可控的理念与宽调速电机结合,提出一种变漏磁永磁电机,并对VLF-PM电机的铁耗特性进行研究。其次,文章结合多工况运行的特点详细分析VLF-PM电机的漏磁可控原理,基于电机设计需求,研究VLF-PM电机的初始设计流程,综合确定电机的初始设计参数。紧接着,本文对电机不同工况下电机铁耗特性进行探究。为降低不同工况下VLF-PM电机的铁耗及其波动,采用多目标优化的方法,对VLF-PM电机进行优化分析,综合权衡确定了最终的VLF-PM电机设计参数。然后,为验证多目标优化方案的可行性,文章具体评估VLF-PM电机的电磁性能。利用有限元的方法从空载性能、磁场分布、转矩性能、磁链特性、调速性能以及损耗与效率等不同角度将初始电机和优化后的电机进行对比分析,全方面地验证优化后的VLF-PM电机具有更好的电磁性能,达到多目标优化的目的。最后,将优化后的电机进行加工,并对加工后的VLF-PM电机进行相关的实验验证,具体的实验内容包括了空载反电势的测试、稳态运行特性的测试、变工况运行特性的测试和转矩效率实验测试。实验结果与仿真数值在合理的误差范围内相吻合,验证VLF-PM电机设计的合理与正确性。

关键词：高速弱磁漏磁可控铁心损耗宽调速广域高效

可变磁通记忆电机多目标分层优化设计及调磁控制研究

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可变磁通记忆电机多目标分层优化设计及调磁控制研究

作者：刘宇玲大连海事大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因其高功率密度、高效率等优点被广泛应用于电动汽车等领域。而调速范围受限、高速运行效率低等问题使传统永磁同步电机在该领域的应用受到制约。可变磁通记忆电机将低矫顽力永磁体材料作为磁动势源,通过施加电流脉冲调节... 详细信息

永磁同步电机因其高功率密度、高效率等优点被广泛应用于电动汽车等领域。而调速范围受限、高速运行效率低等问题使传统永磁同步电机在该领域的应用受到制约。可变磁通记忆电机将低矫顽力永磁体材料作为磁动势源,通过施加电流脉冲调节永磁体磁化状态,有效解决了传统永磁同步电机磁场调节困难的问题。本文以可变磁通记忆电机为研究对象,选取电机结构参数,采用多目标遗传算法对其关键电磁性能做灵敏度分析并进行分层优化,针对其调磁转矩波动大的问题建立了交轴电流补偿策略抑制调磁瞬态的转矩波动,并以拓宽电机转速和提高电机效率为目标提出了可变磁通记忆电机调磁控制策略。本文主要内容包括:首先,对可变磁通记忆电机原理进行介绍,建立其数学模型并分析电感、磁链等特性。阐述可变磁通记忆电机调磁机理,根据可变磁通记忆电机磁链可变的特点,建立其d-q坐标系下的数学模型;对不同工况下可变磁通记忆电机交直轴电感特性及调磁特性进行分析。其次,基于多目标遗传算法对可变磁通记忆电机进行分层优化设计。建立可变磁通记忆电机有限元模型,选择电机结构参数并进行灵敏度分析,选择转矩输出能力、调磁能力、抗退磁能力作为优化目标,根据灵敏度分析结果将优化变量分为两层并分别建立各层的优化模型,基于多目标遗传算法对可变磁通记忆电机结构进行分层优化,并制造可变磁通记忆电机样机。然后,提出能够抑制调磁过程中可变磁通记忆电机转矩波动的交轴电流补偿策略。对可变磁通记忆电机在多种工况下补偿不同的交轴电流对低矫顽力永磁体磁密幅值和均匀程度的影响进行分析,基于多种工况下可变磁通记忆电机交轴电流与调磁瞬态转矩波动的关系建立调磁瞬态转矩波动抑制策略,并对所提出策略进行仿真分析。最后,建立可变磁通记忆电机调磁控制策略并进行仿真分析。搭建了可变磁通记忆电机变电感参数的MATLAB/Simulink模型,建立可变磁通记忆电机调磁控制策略并分别进行增磁和去磁仿真,通过调磁控制和传统矢量控制结合,并引入交轴电流补偿来抑制调磁瞬态转矩波动,从而实现可变磁通记忆电机在全速域下的最优效率运行。

关键词：可变磁通记忆电机多目标分层优化转矩波动调磁策略广域高效

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漏磁可控型宽调速永磁电机的设计与分析

漏磁可控型宽调速永磁电机的设计与分析

作者：刘芳杰江苏大学

学位级别：硕士

随着全球环境的污染及能源安全形势的不断恶化,大力发展高环保、低噪声、高效节能的电动汽车已成为代替传统燃油汽车的有效手段。稀土永磁电机由于具有高功率/转矩密度、高效率、转子结构简单可靠以及永磁体不易退磁等诸多优点,已成为... 详细信息

随着全球环境的污染及能源安全形势的不断恶化,大力发展高环保、低噪声、高效节能的电动汽车已成为代替传统燃油汽车的有效手段。稀土永磁电机由于具有高功率/转矩密度、高效率、转子结构简单可靠以及永磁体不易退磁等诸多优点,已成为国内外车用驱动电机研发领域的主流类型。然而,由于永磁电机的固有特性,电机的气隙磁场基本保持恒定,存在调速范围较窄、高速弱磁区效率低等不足之处,一定程度上制约了永磁电机在电动汽车驱动电机领域的大规模应用,同时也成为延缓电动汽车快速发展的不利因素之一。为了解决上述问题,本文设计了一款新型漏磁可控型宽调速永磁(Controllable Leakage Flux Wide-Speed Permanent Magnet,简称CLF-WSPM)电机。该电机不仅可以有效拓宽电机的调速范围,而且可以解决电机在高速弱磁区效率较低的问题,实现多运行工况下的广域高效。首先,本文对宽调速电机的国内外研究现状进行分析研究,针对目前研究中存在的问题,对如何使电机具有宽调速运行范围的同时实现电机的广域高效进行了探索与研究。本文将“漏磁可控”设计方法与“宽调速电机”相融合,提出了一种漏磁通可控型宽调速永磁电机。其次,本文给出CLF-WSPM电机的总体设计方案,研究分析了电磁式漏磁可控特性的基本原理,根据理论分析并结合以往设计经验对电机进行初始设计,确定电机的主要参数。然后,对CLF-WSPM电机的定转子结构进行详细的设计,并采用单一参数优化法和多目标优化法相结合的综合优化方法对电机进行优化,来确定电机的最优设计方案。接着,运用有限元方法,对CLF-WSPM电机的一系列性能进行综合评估,并与传统V型永磁(V-type Permanent Magnet,简称V-PM)电机进行对比。其中不仅分析研究了两台电机的磁场分布、空载反电势与气隙磁密、磁链变化特性、转矩性能以及电感特性等基本电磁性能,还对电机的调速特性及效率运行特性进行了研究。通过对比分析,验证了本文漏磁可控型宽调速永磁电机设计与优化的可行性。最后,加工了原理样机,对CLF-WSPM样机进行相关的实验测试研究,实验测试内容包括空载反电势、电机稳态运行特性以及变工况运行特性,实验结果进一步验证了本文电机设计优化的可行性与仿真分析计算的有效性。

关键词：漏磁可控永磁电机宽调速设计分析广域高效

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V型漏磁可控内嵌式永磁电机的设计与研究

V型漏磁可控内嵌式永磁电机的设计与研究

作者：葛凌昱进江苏大学

学位级别：硕士

近年来,随着环境污染和能源危机等问题日益严峻,各国政府与各地学者在清洁环保的电动汽车成为未来汽车行业发展主旋律上达成共识。永磁电机凭借其高功率/转矩密度、高运行效率及良好的动态性能等优势在电动汽车驱动上获得了广泛应用。然... 详细信息

近年来,随着环境污染和能源危机等问题日益严峻,各国政府与各地学者在清洁环保的电动汽车成为未来汽车行业发展主旋律上达成共识。永磁电机凭借其高功率/转矩密度、高运行效率及良好的动态性能等优势在电动汽车驱动上获得了广泛应用。然而,由于该类电机自身存在的气隙磁场恒定、弱磁调速范围窄等固有缺陷,逐渐不能完全满足新一代电动汽车的综合驱动需求。在这样的研究背景下,本文提出了一种具有广域高效优势的漏磁可控型内嵌式永磁(Leakage Flux Controllable Interior Permanent Magnet,简称LFC-IPM)电机。该电机在传统IPM电机的基础上,通过巧妙的结构设计,使其获得漏磁通可控的性能特点,从而有效拓宽电机的弱磁调速范围,并且实现电机高效率运行区域的有效扩增。本文首先介绍了发展电动汽车技术的重要性,分析了多种不同类型的宽调速电机的研究现状。考虑到传统电机的局限性,研究与分析了如何实现电机的恒功率宽调速运行。在此基础上引入一种全新的设计理念——漏磁可控,提出LFC-IPM电机的拓扑结构。其次,吸取传统电机的设计经验提出了新型LFC-IPM电机的设计方案,在选定极槽配比与额定参数之后,通过电机设计的一般公式,确定电机的主要尺寸,完成电机的初始设计。接着,在初始设计的基础上,结合漏磁可控原理,提出了新型LFC-IPM电机的定子和转子结构,并计算出定子齿和永磁体的主要尺寸。通过分析电机的主要优化目标和设计变量,提出了一种将单参扫描法和响应面分析法相结合的分层优化法。在单参扫描法中,对永磁体的尺寸关于输出转矩、转矩脉动以及铁耗三个优化目标进行了分析,确定其最优参数。在响应面分析法中,对转子磁障的尺寸关于输出转矩、转矩脉动、铁耗以及功率因数四个优化目标进行了分析,综合选取最优尺寸,从而确定电机的最终模型。然后,通过有限元分析比较了LFC-IPM电机与传统电机的基本电磁性能,包括气隙磁密、永磁磁链与反电动势、磁场分布、转矩特性、齿槽转矩特性以及漏磁可控特性。此外,为了凸显所设计电机的优势,对电机在弱磁调速范围内的运行特性、效率特性以及多工况运行特性进行了比较和分析。最后,根据设计完成的最终模型,对LFC-IPM电机进行了样机的加工制造,并进行了相关性能的测试与验证。测试内容包括:电机空载反电动势波形、漏磁可控特性验证以及LFC-IPM电机在不同工况条件下的转矩波形,结果验证了LFC-IPM电机设计的合理性。

关键词：漏磁可控永磁电机设计与优化电磁性能广域高效