新型混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的基礎(chǔ)理論研究.pdf

1、磁通切換型永磁電機(jī)(Permanet Mangnet Flux-Switching電機(jī)，簡(jiǎn)稱PMFS電機(jī))是一種新型結(jié)構(gòu)的定子永磁型雙凸極無(wú)刷電機(jī)。相比于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)，PMFS電機(jī)定子上裝配有永磁體和集中式電樞繞組，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單。由于特殊的繞組互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，使得該電機(jī)具有高度正弦的永磁磁鏈和空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，較高的轉(zhuǎn)矩輸出能力與功率密度。然而，由于PMFS電機(jī)氣隙磁場(chǎng)由永磁體單獨(dú)產(chǎn)生，難以調(diào)節(jié)，限制了其在電動(dòng)汽車(chē)等高性能需求場(chǎng)合的應(yīng)

2、用。本文在PMFS電機(jī)基礎(chǔ)之上，提出一種新型結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)(Hybrid-Excited Flux-Switching電機(jī)，簡(jiǎn)稱HEFS電機(jī))。在HEFS電機(jī)中，通過(guò)引入電勵(lì)磁線圈，使得氣隙磁場(chǎng)由永磁體和勵(lì)磁電流共同產(chǎn)生，從而可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小與極性來(lái)直接調(diào)節(jié)該電機(jī)的磁場(chǎng)。本文以HEFS電機(jī)為研究對(duì)象，首先分析比較了PMFS電機(jī)與HEFS電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理；其次基于二維有限元法，分析了HEFS電機(jī)的電磁性能；然后建

3、立了PMFS電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型，并在此基礎(chǔ)之上建立了HEFS電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型；最后推導(dǎo)了HEFS電機(jī)的功率方程，提出了通用設(shè)計(jì)方法，并試制了一臺(tái)HEFS樣機(jī)，進(jìn)行了初步試驗(yàn)驗(yàn)證。本文的研究成果為該電機(jī)的進(jìn)一步深入研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 論文的主要研究?jī)?nèi)容具體包括如下：
　　 1.回顧本課題的研究背景與理論意義。
　　 2.分析并比較PMFS電機(jī)和HEFS電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。
　　 3.基于A

4、NSYS的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)一臺(tái)三相12/10極HEFS電機(jī)做了二維有限元計(jì)算。得到不同勵(lì)磁工況下電樞磁鏈、勵(lì)磁繞組磁鏈、電樞反電動(dòng)勢(shì)、電樞自感、電樞互感、勵(lì)磁繞組自感、電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感、定位力矩、電磁轉(zhuǎn)矩等靜態(tài)特性，并提出和解釋了HEFS電機(jī)的過(guò)飽和效應(yīng)。
　　 4.建立了PMFS電機(jī)和HEFS電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)磁網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了了在HEFS電機(jī)中電勵(lì)磁磁勢(shì)和永磁磁勢(shì)串并聯(lián)關(guān)系的結(jié)論，并通過(guò)有限元分析

5、和磁網(wǎng)絡(luò)模型分析結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了該結(jié)論的正確性。簡(jiǎn)要介紹了一款基于磁網(wǎng)絡(luò)分析所開(kāi)發(fā)的三維可視化分析設(shè)計(jì)軟件，利用該軟件可以對(duì)PMFS電機(jī)和HEFS電機(jī)進(jìn)行電磁性能分析。
　　 5.結(jié)合PMFS電機(jī)的功率尺寸方程，探討并推導(dǎo)了HEFS電機(jī)的功率尺寸方程，同時(shí)對(duì)HEFS電機(jī)的通用設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了初步探索。
　　 6.基于對(duì)HEFS電機(jī)尺寸功率方程和通用設(shè)計(jì)方法的分析，設(shè)計(jì)一臺(tái)定子12槽/轉(zhuǎn)子10極HEFS電機(jī)樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)的