切向结构永磁同步电机及其混合励磁技术研究

摘要

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)具有高效率、高功率密度和高可靠性等优势；电励磁电机气隙磁场可调。混合励磁技术将电励磁与永磁励磁合理结合，在电动汽车驱动系统和航空电源系统等领域具有重要的应用前景。
　　本文首先对切向结构永磁同步电机展开研究，对电机极槽配合、永磁体尺寸进行了分析。通过有限元分析得到磁阻转矩对总电磁转矩的贡献；分析了电机实际加工结构与电磁模型的差异对电机发电输出特性和电动输出特性的影响；为提高输出转矩，在电枢反应分析基础上探讨了定子槽大小和隔磁槽设计对电动输出能力的影响。转子磁分路混合励磁同步电机(Hybrid Excitation Synchronous Machine，HESM)在切向结构PMSM基础上利用混合励磁技术发展而来，兼具高功率密度和磁场可调的优点。将转子磁分路HESM与切向结构PMSM进行对比分析，研究了引入磁分路结构对电枢反应、电感特性、发电及电动运行输出功率和永磁体工作点等的影响。基于转子磁分路机理，提出并研究了内置导磁桥转子磁分路 HESM与轴向非均匀气隙转子磁分路 HESM两种新型拓扑结构。分析了励磁电流调节对恒功率运行特性与损耗的影响。设计并研制了100kW切向结构PMSM与100kW转子磁分路HESM样机，构建了电机对拖实验平台。实验验证了磁分路结构对电机发电与电动运行输出性能的影响。分析了励磁电流弱磁控制、直轴电流弱磁控制对电动运行的作用。最后验证了通过励磁电流与直轴电流协调控制，转子磁分路HESM可以获得较宽高效率运行范围，大部分区域效率达到92％。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2永磁同步电机研究现状

1.3 混合励磁技术定义与研究现状

1.4 转子磁分路混合励磁同步电机结构原理与研究基础

1.5 本课题主要研究内容

第二章 切向结构永磁同步电机研究

2.1电动汽车用切向结构永磁同步电机设计分析

2.2 实际结构参数变化对电机性能的影响

2.3 基于电枢反应分析的结构设计

2.4 本章小结

第三章 切向结构永磁同步电机混合励磁技术研究

3.1 转子磁分路结构对电机特性的影响

3.2 转子磁分路机理新型拓扑研究

3.3 电动汽车用转子磁分路混合励磁同步电机设计分析

3.4 本章小结

第四章 切向结构永磁同步电机及其混合励磁结构对比实验与分析

4.1 实验样机研制

4.2 发电运行输出特性实验验证与分析

4.3 对拖实验系统

4.4 电动运行输出特性实验验证与分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文