轴向磁场反凸极永磁同步轮毂电机研究

摘要

轴向磁场永磁同步电机轴向尺寸短、转矩密度高，易于实现多盘模块化及轻量化，一直备受对簧下质量和轴向空间有极高要求的混合电驱动轮式车辆研究领域的关注。但该类电机因其表贴式永磁体结构，使其弱磁扩速能力受到制约，影响了其在轮毂系统中的进一步应用。本文对轴向磁场反凸极永磁同步电机（NSAFPMSM）开展研究，通过分析转子侧软磁材料和永磁材料的构成比例和组合方式，研究凸极比的变化规律，给出了不同转子磁极结构对电机弱磁扩速能力的影响，以期解决传统轴向磁场永磁同步电机弱磁扩速能力弱的问题。主要研究内容包括以下几个方面：
　　首先，针对不同 NSAFPMSM磁极结构分析其磁路特点，并仿真研究不同磁极结构对电机磁场分布的影响。从理论上对比不同凸极性电机运行特性之间的差异，分析其在控制上的异同。结合电机特点总结轴向磁场反凸极永磁同步轮毂电机的设计原则，并给出改变磁极结构电机电压方程和转矩方程所发生的变化。
　　其次，基于磁路法对分数槽集中绕组 NSAFPMSM的电感进行理论推导，给出不同磁极结构电机交、直轴电感的计算公式，分析磁路不饱和与磁路饱和时电感表达式之间的差异，并利用有限元仿真进行验证。仿真对比分数槽集中绕组和整数槽分布绕组对电机电感的影响情况。
　　再次，理论研究永磁同步电机电感、磁链等变化对电机功率输出特性的影响，并从功率输出特性角度指出不同凸极性电机的适用条件。借助有限元方法对比研究串、并联转子磁极结构对 NSAFPMSM弱磁扩速范围和输出功率的影响，以及不同径向并联组合磁极对电机的影响情况。
　　最后，分析影响反凸极永磁同步电机最大转矩/电流运行内功率因数角的因素，并在此基础上对电磁转矩的成分进行分析。对影响该类电机转矩波动的齿槽转矩和纹波转矩分别进行分析与抑制，提出新磁极结构以达到更好的转矩波动抑制效果。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3主要研究内容

第2章 NSAFPMSM的结构特点与运行特性

2.1引言

2.2 NSAFPMSM结构特点及其对电机的影响

2.3不同凸极性永磁同步电机运行特性对比

2.4本章小结

第3章 NSAFPMSM电感研究

3.1引言

3.2分数槽集中绕组NSAFPMSM电感研究

3.3不同绕组形式NSAFPMSM电感对比分析

3.4本章小结

第4章 转子磁极结构对电机的影响研究

4.1引言

4.2电机参数对电机功率输出特性的影响

4.3转子磁极串、并联组合对电机的影响

4.4转子磁极径向并联组合对电机的影响

4.5本章小结

第5章 NSAFPMSM转矩研究

5.1引言

5.2 NSAFPMSM的转矩特性

5.3 NSAFPMSM转矩波动的分析与抑制

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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