适于弱磁调速的面贴式永磁同步电机分析与优化设计

摘要

由于永磁同步电机的激磁磁场不可调节，对其作为电动汽车的驱动电机需满足能在恒功率、宽调速范围运行做出了要求，引起了研究者的重视。本文针对面贴式永磁同步电动机，进行了电机设计和电机的弱磁特性分析。
　　针对面贴式永磁同步电机弱磁扩速能力较小的问题，研究了具有分布绕组与单、双层集中绕组的面贴式永磁同步电机的弱磁性能,分析了影响永磁同步电机弱磁特性的主要参数和不同绕组类型对电机效率的影响，并推导了三种绕组类型下的永磁同步电机的最小直轴同步电感。采用解析法结合永磁同步电机矢量图的形式推导相应绕组型下永磁电机的最小直轴同步电感的解析表达式，此时永磁同步电机在理论上将有最大的恒功率速度范围，有限元方法验证了三种绕组型式下永磁电机的直轴同步电感解析表达式的有效性。分析了三种电机的弱磁性能，研究证明，在同样的电机设计条件下单层集中绕组面贴式永磁同步电机具有更宽广的调速范围。
　　研究采用深槽结构对面贴式永磁同步电机的弱磁特性的影响。首先建立深槽面贴式永磁同步电机磁路模型,利用MAXWELL软件对面贴式永磁同步电机进行初次建模。然后对该电机进行方案优选，通过有限元方法，分析深槽面贴式永磁同步电机的弱磁扩速情况。因为永磁同步电机的深槽结构有助于弱磁扩速，但是效率会有所降低，所以需要兼顾弱磁扩速能力与效率来优化面贴式永磁同步电机。田口方法、响应曲面法也是近年来多有应用的优化永磁电机的方法。本文采用了田口法、响应曲面法来进行电机的优化。先利用田口方法优选多个电机参数，之后通过响应曲面法以满载效率及弱磁扩速倍数作为优化目标对深槽面贴式永磁同步电机进行优化，获得最佳方案。有限元法检验最佳方案的正确性。电机特性显著改善，对实际应用具有一定指导作用。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 永磁同步电机研究动态

1.3 本课题研究目的及意义

1.4 本文研究内容

2 永磁同步电机基本理论

2.1 永磁电机设计分析特点

2.2 永磁同步电机弱磁理论

2.3 永磁同步电机的弱磁控制

2.4 本章小结

3 永磁同步电机定子绕组型式对电感和弱磁的影响分析

3.1 电机参数对永磁同步电机弱磁特性的影响

3.2 基于磁路法的设计方案

3.3 不同绕组型式的电机电感

3.4 电机的弱磁特性分析

3.5 本章小结

4 定子槽型对电机弱磁特性的影响

4.1 基于磁路法RMXPRT的设计方案

4.2 Maxwell 2D有限元的设计分析

4.3本章小结

5 面贴式永磁同步电机参数设计

5.1 电机主要尺寸与气隙设计

5.2 电枢绕组设计方案分析

5.3 电机定子槽的设计

5.4 永磁体设计

5.5 损耗分析计算

5.6 本章小结

6 优化深槽面贴式永磁同步电动机

6.1 田口方法

6.2 响应曲面方法

6.3 优化永磁同步电机

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 后续工作

参考文献

作者简历

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