高轉(zhuǎn)矩永磁輪轂電機磁系統(tǒng)的研究.pdf

1、輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)因具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，成為當前電驅(qū)動系統(tǒng)中一個重要的研究方向。隨著電驅(qū)動系統(tǒng)性能要求的不斷提高，輪轂電機磁系統(tǒng)的設(shè)計方法及其外在特性的研究還有待于進一步的改進與完善，如高轉(zhuǎn)矩密度電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)的準確計算、轉(zhuǎn)矩波動的抑制以及振動特性的研究等。本文以高轉(zhuǎn)矩永磁同步輪轂電機為研究對象，針對上述問題進行了深入研究，為提高輪轂電機的性能奠定了理論基礎(chǔ)。
　　本文首先從實現(xiàn)電磁性能方面給出了輪轂電機的設(shè)計原則

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，從而為確定電機的主要尺寸提供了初選范圍；以普通弱磁控制為基礎(chǔ)，對輪轂電機的弱磁擴速能力進行了分析。然后，基于單向順序耦合的有限元方法詳細分析了電磁轉(zhuǎn)矩和結(jié)構(gòu)強度隨磁橋?qū)挾?、磁橋肋寬的變化趨勢，給出了轉(zhuǎn)子磁橋的最優(yōu)設(shè)計原則，并對樣機的定、轉(zhuǎn)子機械強度進行了計算。最后，研制了輪轂電機樣機

3、并對其進行了相關(guān)的實驗驗證。
　　直、交軸電感參數(shù)的準確評測對于輪轂電機的設(shè)計與控制至關(guān)重要。本文分析了繞組磁勢諧波和飽和效應(yīng)對繞組電感的影響；提出了一種基于假定磁極的電感計算方法，闡述了該方法的基本原理，對自、互感變化曲線進行了重新構(gòu)建，由此得到的直、交軸電感較之傳統(tǒng)的自互感系數(shù)法準確地反映了飽和的影響。給出了交流靜止法的測量原理，并采用該方法對樣機的電感參數(shù)進行了實驗研究。提出了一種基于電機穩(wěn)態(tài)運行的電感參數(shù)實驗研究方法，建立

4、了考慮鐵耗因素的穩(wěn)態(tài)運行相量圖，以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)了直、交軸電感的數(shù)學模型，闡述了穩(wěn)態(tài)下電感測量的實現(xiàn)方法，并對該方法在電壓、空載反電動勢和繞組電流存在擾動時的敏感性進行了分析。
　　在輪轂驅(qū)動方式下，輪轂電機磁系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)對轉(zhuǎn)矩波動產(chǎn)生了復(fù)雜的影響，本文分別采用洛倫茲力法、能量法對此狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩脈動和齒槽轉(zhuǎn)矩進行了理論分析，給出了轉(zhuǎn)矩波動的變化規(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)和氣隙長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)矩

5、波動的影響；根據(jù)實測數(shù)據(jù)建立了非理想電機模型，對存在定子橢圓、永磁體偏移和轉(zhuǎn)子偏心時的齒槽轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩波動進行了研究，并以此分析了轉(zhuǎn)矩波動引起的振動頻率。給出了抑制轉(zhuǎn)矩波動的主要方法和措施，提出了一種由步進電機等元件組成的靜態(tài)測試系統(tǒng)，對齒槽轉(zhuǎn)矩進行了實驗研究，最后針對樣機的轉(zhuǎn)矩波動進行了實驗驗證。
　　輪轂電機的振動是引起動力系統(tǒng)總成振動并造成車內(nèi)噪聲的重要激勵源。本文以氣隙磁場為基礎(chǔ)，給出了不同供電條件下的電磁力波特性。采用有