雙六相橫向磁通永磁電機系統(tǒng)研究.pdf

1、橫向磁通永磁電機（Transverse Flux Permanent-magnet Motor，TFPM）作為一種新型特種電機，具有高轉矩密度、磁路解耦、結構模塊化等優(yōu)點，以低速條件下轉矩密度大的優(yōu)異性能成為電機界研究的熱點。但漏磁大、功率因數(shù)低、結構復雜和轉矩脈動大等缺點成為限制其發(fā)展的瓶頸，嚴重阻礙橫向磁通永磁電機在實際工程中的廣泛應用。
　　本文在研究國內外已有橫向磁場永磁電機的基礎上，提出一種具有盤式特征的新型雙六相橫向磁

2、通永磁電機，針對其磁路模型、樣機結構、三維電磁場和控制方案進行認真分析，并在搭建實驗平臺基礎上進行樣機運行控制實驗。本文以提出的一種可作為電動車直驅式輪轂電機的新型電機為對象展開相關研究，主要研究內容及創(chuàng)新點有以下幾個方面。
　?。?）在橫向磁通電機數(shù)學模型和永磁同步電機數(shù)學模型研究基礎上，結合多相電機建模方法分析新型雙六相橫向磁通永磁電機的磁通磁路，采用磁路等效法，對新型電機的永磁體、切向極間漏磁、徑向極間漏磁和定子繞組及電機整

3、體等進行數(shù)學建模；并給出功率因數(shù)計算方法，對導致TFPM功率因數(shù)低的原因以及改善方法進行研究，該理論研究為樣機結構設計和控制算法設計起到了很好的鋪墊作用。
　?。?）根據(jù)現(xiàn)有TFPM和軸向、徑向電機拓撲結構性能特點，提出一種可用于電動車直驅式輪轂的新型雙六相橫向磁通永磁電機拓撲結構，主要由四個定子單元和兩個轉子單元構成，同時具有盤式特征和軸向組合特征。在三維機械設計軟件中對新型電機的定子單元和轉子單元等主要結構進行設計，并提出了一

4、種轉矩最大化為目標的主要結構參數(shù)設計方法，優(yōu)化了常規(guī)電機的設計思路。針對新型電機定子結構特征，給出了主感抗、齒頂漏感抗和諧波漏感抗計算，為深入研究新型電機的結構性能奠定了基礎。
　?。?）采用三維電磁場有限元分析軟件對新型電機結構性能和電磁性能進行分析，主要研究了造成橫向磁通電機功率因數(shù)低的漏磁系數(shù)影響因素和齒槽轉矩的影響因素，分析了氣隙長度、定子鐵芯厚度和永磁體尺寸對電機空載漏磁系數(shù)的影響，及定子錯開角度、氣隙長度和導磁條等因素

5、對齒槽轉矩的影響，為減少電機漏磁和抑制轉矩脈動提供理論指導依據(jù)。同時，對新型電機的電磁場分布和電磁轉矩進行仿真，驗證結構設計的可行性與合理性。
　?。?）選擇普適性很強的直接轉矩控制和空間電壓矢量相結合作為控制方案進行深入研究，分析了從控制角度抑制轉矩脈動方法，針對直接轉矩控制的六扇區(qū)、十二扇區(qū)定子磁鏈細分法分析，提出了十八扇區(qū)定子磁鏈細分法和占空比算法相結合的改進型空間電壓矢量直接轉矩控制方法；對比分析了各控制方法的性能，所提出

6、的控制方案有效地抑制了轉矩脈動，適宜在控制算法要求簡單的工程應用中得到推廣。
　?。?）構建樣機系統(tǒng)實驗平臺，對樣機的空載反電動勢、靜態(tài)轉矩和空載運行特性等進行研究，驗證新型雙六相橫向磁通永磁電機的數(shù)學建模、結構設計、有限元分析和控制方案選取的合理性，并對改進型控制算法進行樣機控制實驗分析。通過實驗驗證了本文所提出的新型雙六相電機結構設計合理性，以及控制算法選擇正確性。研究成果豐富了電動車直驅式輪轂電機的拓撲結構，對橫向磁通電機減