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      《江苏大学》 2019年
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      新型漏磁可变式永磁同步电机的设计与研究

      吴文叶  
      【摘要】:近年来,全球传统燃油汽车产业的快速发展与石油短缺、环境污染等矛盾日益突出。电动汽车以其高效率、零排放等优点,已成为新能源汽车发展的主攻方向之一。与此同时,电动汽车复杂的行驶环境与多变的运行工况对电机及其驱动系统提出了更为苛刻的性能需求。永磁同步电机以其高功率密度、高效率、高控制精度等优势,已在电动汽车电驱动系统中获得了广泛应用。然而,传统永磁同步电机中恒定的永磁磁势导致气隙磁通难以调节,弱磁升速困难,限制了其转速范围,降低了高速运行区间的效率。如何提高永磁同步电机的中高速运行区的效率、拓宽调速范围已成为国内外电动汽车驱动领域的研究热点。本文在深入挖掘传统永磁电机中漏磁现象本质的基础上,提出一种基于漏磁可变机理的新型永磁同步电机,以期拓宽电机的速度运行范围及提升宽速度运行范围内的整体运行效率,为新一代电动汽车高效能永磁电机驱动运行提供一定的理论基础和技术借鉴。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1.在传统内置式永磁同步电机的基础上,对电机转子磁路进行深入剖析,针对性引入q轴磁通与永磁体漏磁通交汇的极间漏磁桥设计,提出漏磁可变式永磁同步电机拓扑结构。基于电机磁路模型,系统地分析通过d、q轴电流合理匹配实现漏磁可变的机理,探讨实现漏磁可变特性的磁路设计条件。2.在分析永磁同步电机凸极率—永磁磁链特性曲线的基础上,探讨实现磁阻转矩大于永磁转矩的条件,研究实现低凸极特性的转子设计方法。根据凸极率不同的四类电机在磁链Map图中的MTPA运行轨迹的分析,确定适用于漏磁可变机理的最佳转子凸极特性。3.提出适用于漏磁可变电机的分阶段混合优化策略。第一阶段采用回归设计的方法对决定漏磁可变特性的极间漏磁桥关键参数进行优化;第二阶段采用“敏感度”、“响应面”、“连续非线性规划法”等设计优化技术,以实现电动汽车多工况运行所需的高转矩、低转矩波动、宽调速等特性为目标,进行多目标综合权衡设计。4.理论分析了凸极永磁同步电机从零转速经基速至最高速的d、q轴电流全运行范围内的变化轨迹。根据漏磁可变电机d轴气隙磁链非恒定的特点,提出磁链与负载电流关系的构建方法。在此基础上,系统地剖析和探究漏磁可变电机的弱磁调速性能及高效率区间的分布规律。5.在对电机电磁振动产生机理分析的基础上,仿真研究漏磁可变电机不同工况下的电磁径向力波的空间分布与谐波特点。建立不同的电机定子模态仿真模型,分析电机各部件对结构模态频率的影响。最后基于电磁结构耦合分析,探寻不同负载工况下的电机振动特性。6.依据电机优化设计及性能有限元仿真评估,加工了一台V型漏磁可变电机及一台传统V型永磁同步电机。构建实验测试平台,对样机的转矩特性、MTPA运行轨迹、不同工况的驱动特性以及电磁振动特性等进行实验对比研究,以验证电机设计的合理性及电机所具有的漏磁可变特性。
      【学位授予单位】:江苏大学
      【学位级别】:博士
      【学位授予年份】:2019
      【分类号】:TM341

      【参考文献】
      中国期刊全文数据库 前10条
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      【二级参考文献】
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      中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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      9 本报记者 丁波;“上上下下”更绿色[N];解放日报;2005年
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      2 祖冉;无比例积分控制器的永磁同步电机快速控制策略[D];中北大学;2019年
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      5 张登旭;新型双定子混合励磁永磁同步电机的弱磁性能和控制研究[D];山东大学;2019年
      6 宋宏帅;永磁同步电机转动惯量的辨识方法研究[D];齐鲁工业大学;2019年
      7 袁建;永磁同步电机仿真分析与参数优化[D];武汉工程大学;2018年
      8 王涛;永磁同步电机转子位置检测优化算法研究[D];兰州理工大学;2019年
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      10 景晖;基于新型观测器的永磁同步电机无传感器控制研究[D];江苏科技大学;2019年
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