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电动汽车用永磁同步电机在弱磁条件下的永磁体涡流损耗分析

电动汽车用永磁同步电机在弱磁条件下的永磁体涡流损耗分析

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作者：刁剑天津大学

学位级别：硕士

集成起动—发电机(Integrated Starter and Generator,isg)系统是混合动力汽车常用的驱动方式,其对电机提出了较好外特性、高效率和高功率密度的要求。内置式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有较高的功率密度... 详细信息

集成起动—发电机(Integrated Starter and Generator,isg)系统是混合动力汽车常用的驱动方式,其对电机提出了较好外特性、高效率和高功率密度的要求。内置式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有较高的功率密度、较好的弱磁性能、高可靠性和低噪声等优点,并且形状和尺寸灵活多样,广泛适用于isg系统。但isg永磁同步电机转子上的永磁体(Permanent Magnet,PM)存在较高涡流损耗的风险,同时出于系统对弱磁扩速的需求,电机内部的磁场分布更为复杂,对永磁体的涡流损耗所产生的影响将进一步加剧永磁体退磁的可能,最终影响电机性能。因此本文主要对isg永磁同步电机在弱磁条件下永磁体的涡流损耗进行探究。本文首先介绍了isg永磁同步电机的基本结构和定、转子结构的基本特点,采用12极/18槽的极槽配合,定子结构完全相同,转子分别采用“一”型和“V”型磁极结构,在永磁体总量相同的情况下,为保证两种磁极结构具有可比性,将“一”型转子永磁体周向均匀分成两块。基于电磁仿真软件建立有限元仿真模型,对两种转子结构空载及负载状态下进行仿真分析,并利用傅里叶分解分析电机空载下磁场的谐波含量。随后研究了永磁体涡流损耗的产生机理及影响因素,探究了齿谐波、时间谐波和空间谐波对于转子永磁体涡流损耗的影响,计算了不同槽口宽度对于永磁体涡流的影响和不同极槽配合下的涡流损耗影响因子,探究了在I=0控制模式下,两种磁极结构转子永磁体涡流情况及与速度的关联趋势。最后,探究了永磁同步电机的弱磁扩速原理并分析了其在不同运行轨迹下的弱磁特点,研究了永磁同步电机交、直轴电感参数的计算方法,并着重分析了两种磁极结构在相同的弱磁条件下不同弱磁角、不同去磁电流和不同转速的永磁体涡流损耗情况以及磁力线路径和磁密云图的分布特点,同时通过计算永磁体表面的磁通及其变化,验证了永磁体涡流损耗量的规律。最后试制样机,搭建试验平台,对“一”型磁极结构永磁同步电机进行试验,根据空载反电势、涡流损耗及温升的关系,通过反电势测量法间接测量了永磁体涡流损耗,与仿真结果比较吻合,验证了本文分析的合理性。

关键词： isg永磁同步电机弱磁条件涡流损耗有限元法

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