電動(dòng)自行車用輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)及其特性研究.pdf

1、氣候變暖、能源危機(jī)已成為21世紀(jì)人類所面臨的共同挑戰(zhàn)，而研究具有節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的電動(dòng)自行車成為解決這些問題的重要途徑。作為電動(dòng)自行車核心的輪轂電機(jī)，其性能的好壞對整車功能的實(shí)現(xiàn)有決定性作用。而目前輪轂電機(jī)普遍存在著損耗大、性能不穩(wěn)定、效率低等缺點(diǎn)，因此，研究一款控制精度高、結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定性好、運(yùn)行效率高的輪轂式永磁同步電機(jī)具有重大意義。
　　為了確定輪轂電機(jī)的總體方案，本課題首先分析了電動(dòng)自行車對輪轂電機(jī)的性能要求，計(jì)算出輪轂電機(jī)的

2、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)，確定電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力及輸出扭矩。然后，通過分析電機(jī)常數(shù)，選擇相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出電機(jī)的主要尺寸，進(jìn)而確定了輪轂電機(jī)總體機(jī)械方案。接著，引入單元電機(jī)的概念，對比不同繞組方案和極槽配合方案，確定輪轂電機(jī)的總體電磁方案。
　　利用JMAG軟件對輪轂電機(jī)的氣隙磁場進(jìn)行有限元分析，確定合理的氣隙長度，優(yōu)化氣隙磁密波形。通過分析電樞磁密、輸出扭矩及效率，對電機(jī)定子電樞的齒寬、軛高和永磁體的寬度及厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。綜合考慮永磁

3、材料的性能及充磁成本，選擇磁性能較高的釹鐵硼永磁材料及平行充磁方式。然后，通過對輪轂電機(jī)空載反電動(dòng)勢進(jìn)行有限元分析，得到了反電動(dòng)勢波形的疊加原理及對波形正弦性影響較大的諧波次數(shù)。接著，對電機(jī)的鐵耗和銅耗進(jìn)行了有限元計(jì)算，得出了輪轂電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的效率。
　　針對輪轂電機(jī)中存在的齒槽轉(zhuǎn)矩，本課題進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)矩特性，建立齒槽轉(zhuǎn)矩的解析模型，通過分析解析模型得到削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，并分析了不同電磁方案對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。基于MATLAB/