非晶与硅钢对电动汽车转向泵用永磁同步电机的性能影响研究

摘要

在经济高速发展的现阶段，能源危机严重，如何降低能耗，提高效率，成为各国积极研究的课题。非晶材料具有高磁导率、低损耗的优势，将其应用于电磁装置能够提升效率，降低能耗。高速电机中采用非晶材料时，其效率明显高于硅钢电机，但是在非高速电机中非晶材料的优势是否仍然存在，还有待研究。本文针对采用非晶和硅钢时对电动汽车转向泵用永磁同步电动机的性能影响展开了对比研究。
　　首先，依据电机设计原理设计了一台1.5kW永磁同步电动机，定、转子铁心均采用硅钢，编写了永磁同步电动机电磁计算程序，计算了该电机的参数及运行性能。使用RMxprt软件对电机的主要性能参数进行了校核，验证了电磁计算程序的有效性。
　　其次，为了研究非晶材料和硅钢材料对电机的性能影响，在结构和绕组参数不变情况下，采用电磁场有限元软件，在空载磁场以及负载磁场下进行了性能比较。提出了三种方案，第一种方案定、转子均采用硅钢;第二种方案为定子铁心用非晶，转子铁心用硅钢;第三种方案为定、转子均采用非晶。分析了三种方案下电机的性能，硅钢电机的效率低于非晶电机;并且对比了两台非晶电机，发现转子采用非晶无明显优势。此外对比了定子铁心采用非晶材料的非晶电机和硅钢电机在50Hz～300Hz频率变化范围内的性能，分析了电流、转矩、铁损及效率随频率变化的趋势。
　　再次，为了验证有限元仿真结果的正确性，搭建了实验平台，针对上述定子采用非晶材料电机和硅钢电机进行实验对比研究。实验结果表明在非高速下非晶电机效率仍高于硅钢电机，与有限元分析结果相近。
　　最后，为充分利用非晶材料优势，使用粒子群优化算法对电机进行了优化设计。选取电机定子槽型尺寸、永磁体尺寸等为优化变量，将电机效率、重量作为优化目标进行了计算，提出了一套优化方案。

目录

声明

致谢

摘要

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1非晶合金材料及其应用现状

1．2．2非晶合金电机的研究现状

1．2．3电机的优化设计研究进展

1．3本文研究内容

2 电动汽车转向泵用永磁同步电动机的电磁设计

2．1 永磁同步电机电磁设计

2．1．1主要尺寸及气隙的确定

2．1．2定转子及绕组设计

2．1．3永磁体尺寸的选择

2．1．4材料选取

2．1．5电机设计结果

2．2电机性能指标的计算

2．2．1绕组计算

2．2．2磁路计算

2．2．3参数计算

2．2．4工作特性计算

2．3电磁计算程序的实现及校核

2．4本章小结

3基于有限元分析的非晶电机与硅钢电机性能对比

3．1有限元分析理论

3．2非晶与硅钢材料特性分析

3．3永磁同步电机的有限元分析模型

3．3．1有限元分析数学模型

3．3．2电机有限元模型

3．3．3材料定义及分配

3．3．4网格剖分

3．3．5边界条件与激励源的加载

3．3．6求解及后处理

3．4非晶电机和硅钢电机的空载磁场分析

3．4．1电机磁场分布

3．4．2电机铁损密度分布

3．4．3电机磁阻转矩

3．4．4空载反电动势

3．4．5电机各部位磁场分析

3．5非晶电机和硅钢电机的负载电磁场分析

3．6不同频率下两种电机的性能比较

3．7本章小结

4非晶电机和硅钢电机的实验对比

4．1试验平台构成

4．2实验过程及结果分析

4．2．1 实验过程

4．2．2实验结果

4．3本章小结

5基于粒子群算法的非晶电机优化设计

5．1粒子群算法

5．1．1智能优化算法

5．1．2粒子群优化算法原理及流程

5．2基于粒子群算法的非晶电机优化设计

5．2．1优化变量与目标

5．2．2优化设计程序的实现

5．2．3电机优化结果分析

5．3本章小结

6．1 总结

6．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果

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