六相磁通切換型永磁電機的分析與設(shè)計.pdf

1、與傳統(tǒng)的三相電機系統(tǒng)相比，多相電機系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩脈動小、可靠性高和更適合于大功率傳動系統(tǒng)等優(yōu)點，因而廣泛地應(yīng)用于大功率、高可靠性要求的航空、航天、艦船和電動汽車等場合。磁通切換型永磁電機（Flux-Switching Permanent Magnet電機，簡稱FSPM電機）是一種新型結(jié)構(gòu)的定子永磁型無刷電機，不僅具有效率高、功率密度高等傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電機諸多優(yōu)點，而且更兼具轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、適合高速運行、冷卻方便等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁型電

2、機的諸多缺點，具有較好的應(yīng)用前景。本文選擇六相FSPM電機為研究對象，首先在分析該三相電機基本結(jié)構(gòu)與工作原理基礎(chǔ)之上，提出了兩種不同六相FSPM電機的齒槽配合方式，并進(jìn)行了性能比較;進(jìn)而，研究了六相FSPM電機的通用設(shè)計方法和尺寸優(yōu)化;然后，基于二維有限元法分析了六相FSPM電機的靜態(tài)電磁特性;考慮到容錯運行，提出了六相FSPM電機發(fā)生單相和兩相開路故障時的容錯控制策略;最后，設(shè)計了兩臺不同齒槽配合的六相FSPM電機，并已加工完成一臺六

3、相24/22極結(jié)構(gòu)電機樣機，并對該樣機完成了基本靜態(tài)特性的測試，驗證了設(shè)計方案。本文所得結(jié)果為該電機的進(jìn)一步深入研究和開發(fā)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　論文的主要研究內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　1.在三相FSPM電機基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了兩種不同齒槽配合的六相FSPM電機結(jié)構(gòu)。其中六相24/20極FSPM電機繞組分布為六相對稱繞組，而六相24/22極電機的繞組分布為雙Y移30°繞組。然后，分析了六相FSPM電機的工作原理。

4、r>　　2.建立了六相FSPM電機的通用功率尺寸方程，并以此方程根據(jù)電機的性能指標(biāo)直接得到了電機體積。在此基礎(chǔ)上，以六相24/20極FSPM電機為算例，演示了電機初始設(shè)計方案的設(shè)計過程。為了便于比較六相24/20極和24/22極FSPM電機性能，兩臺電機的定子外徑和鐵心軸長保持相同。然后，研究了電機定轉(zhuǎn)子主要尺寸變化對電機性能的影響，其中主要對轉(zhuǎn)子齒寬和裂比這兩個重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　3.基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言，對六相2

5、4/20極和24/22極FSPM電機做了二維有限元分析，完成了靜態(tài)特性的準(zhǔn)確計算，主要包括氣隙徑向磁密、永磁磁鏈、空載反電動勢、繞組自感和互感、定位力矩和電磁轉(zhuǎn)矩等靜態(tài)特性。最后，利用時步有限元法分析了六相FSPM電機的鐵耗。
　　4.研究了六相FSPM電機單相開路故障和兩相開路故障的容錯控制。為了使電機發(fā)生故障后的電磁轉(zhuǎn)矩與正常運行時保持不變，提出了容錯電流優(yōu)化控制策略。
　　5.設(shè)計了兩臺不同齒槽配合的六相FSPM電機，