高轉(zhuǎn)矩永磁輪轂電機(jī)磁系統(tǒng)的研究.pdf

1、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的研究方向。隨著電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能要求的不斷提高，輪轂電機(jī)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其外在特性的研究還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，如高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的抑制以及振動(dòng)特性的研究等。本文以高轉(zhuǎn)矩永磁同步輪轂電機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，為提高輪轂電機(jī)的性能奠定了理論基礎(chǔ)。
　　本文首先從實(shí)現(xiàn)電磁性能方面給出了輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)原則

2、，闡述了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞組形式的選擇方法；從轉(zhuǎn)矩密度最大化的角度出發(fā)，建立了考慮端部繞組的單位轉(zhuǎn)矩密度數(shù)學(xué)模型，并得到轉(zhuǎn)矩密度最大值隨定子裂比和磁密的變化曲線，從而為確定電機(jī)的主要尺寸提供了初選范圍；以普通弱磁控制為基礎(chǔ)，對(duì)輪轂電機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力進(jìn)行了分析。然后，基于單向順序耦合的有限元方法詳細(xì)分析了電磁轉(zhuǎn)矩和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨磁橋?qū)挾?、磁橋肋寬的變化趨?shì)，給出了轉(zhuǎn)子磁橋的最優(yōu)設(shè)計(jì)原則，并對(duì)樣機(jī)的定、轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算。最后，研制了輪轂電機(jī)樣機(jī)

3、并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　直、交軸電感參數(shù)的準(zhǔn)確評(píng)測(cè)對(duì)于輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)與控制至關(guān)重要。本文分析了繞組磁勢(shì)諧波和飽和效應(yīng)對(duì)繞組電感的影響；提出了一種基于假定磁極的電感計(jì)算方法，闡述了該方法的基本原理，對(duì)自、互感變化曲線進(jìn)行了重新構(gòu)建，由此得到的直、交軸電感較之傳統(tǒng)的自互感系數(shù)法準(zhǔn)確地反映了飽和的影響。給出了交流靜止法的測(cè)量原理，并采用該方法對(duì)樣機(jī)的電感參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。提出了一種基于電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電感參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究方法，建立

4、了考慮鐵耗因素的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行相量圖，以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)了直、交軸電感的數(shù)學(xué)模型，闡述了穩(wěn)態(tài)下電感測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)該方法在電壓、空載反電動(dòng)勢(shì)和繞組電流存在擾動(dòng)時(shí)的敏感性進(jìn)行了分析。
　　在輪轂驅(qū)動(dòng)方式下，輪轂電機(jī)磁系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生了復(fù)雜的影響，本文分別采用洛倫茲力法、能量法對(duì)此狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了理論分析，給出了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的變化規(guī)律。采用有限元法分析了不同槽口寬度、齒頂斜肩高度、極弧系數(shù)和氣隙長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩

5、波動(dòng)的影響；根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了非理想電機(jī)模型，對(duì)存在定子橢圓、永磁體偏移和轉(zhuǎn)子偏心時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)進(jìn)行了研究，并以此分析了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)引起的振動(dòng)頻率。給出了抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的主要方法和措施，提出了一種由步進(jìn)電機(jī)等元件組成的靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，最后針對(duì)樣機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　輪轂電機(jī)的振動(dòng)是引起動(dòng)力系統(tǒng)總成振動(dòng)并造成車(chē)內(nèi)噪聲的重要激勵(lì)源。本文以氣隙磁場(chǎng)為基礎(chǔ)，給出了不同供電條件下的電磁力波特性。采用有