軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)、分析及控制研究.pdf

1、軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet，簡(jiǎn)稱AFFSPM)電機(jī)是一種新結(jié)構(gòu)的軸向磁場(chǎng)電機(jī)，該結(jié)構(gòu)電機(jī)結(jié)合了軸向磁場(chǎng)永磁電機(jī)和磁通切換永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有軸向尺寸短、體積小、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高等特點(diǎn)，適合用于風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。本文以三相AFFSPM電機(jī)為研究對(duì)象，在分析其基本工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)AFFSPM電機(jī)的設(shè)計(jì)理論、定子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、電磁特性、

2、齒槽轉(zhuǎn)矩削減和控制策略等一系列關(guān)鍵理論和技術(shù)問題進(jìn)行了深入的研究，并根據(jù)分析結(jié)果，研制了AFFSPM樣機(jī)，設(shè)計(jì)了電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　推導(dǎo)了AFFSPM電機(jī)的功率尺寸方程，根據(jù)功率方程，提出了AFFSPM電機(jī)的初始設(shè)計(jì)方案，并基于三維有限元模型，比較分析了平行永磁平行槽(PPPS)定子結(jié)構(gòu)、平行齒平行槽(PTPS)定子結(jié)構(gòu)和平行齒平行永磁(P

3、PPT)定子結(jié)構(gòu)電機(jī)在初始參數(shù)下的電磁特性。
　　分析了電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)三種定子結(jié)構(gòu)AFFSPM電機(jī)電磁特性的影響，綜合考慮感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，優(yōu)化了三種定子結(jié)構(gòu)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)，比較了結(jié)構(gòu)優(yōu)化后三種定子結(jié)構(gòu)電機(jī)的電磁特性，確定了適用于電動(dòng)汽車的AFFSPM樣機(jī)結(jié)構(gòu)和參數(shù)并制造了樣機(jī)。
　　建立了三相AFFSPM電機(jī)的三維有限元計(jì)算模型，計(jì)算了PPPS結(jié)構(gòu)電機(jī)的靜態(tài)特性，主要包括永磁磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)分布、氣隙磁密

4、、永磁磁鏈、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電感、齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩等，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析比較了有限元計(jì)算結(jié)果和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性和正確性。
　　研究了AFFSPM電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。根據(jù)AFFSPM電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了轉(zhuǎn)子斜極對(duì)不同定子結(jié)構(gòu)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響和削減作用。對(duì)于PPPS結(jié)構(gòu)電機(jī)，重點(diǎn)研究了轉(zhuǎn)子齒面開設(shè)輔助槽和定子U型齒間加導(dǎo)磁橋等齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法。對(duì)于轉(zhuǎn)子齒面開設(shè)輔助槽方法，基于DOE法優(yōu)化了輔助槽槽口寬度、槽

5、口深度和輔助槽扇形角，得到了最優(yōu)的輔助槽結(jié)構(gòu)。
　　建立了AFFSPM電機(jī)在定、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)AFFSPM電機(jī)的靜態(tài)特性分析，將電機(jī)永磁磁鏈、空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電感等特性表示為正弦函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，建立了AFFSPM電機(jī)在定子靜止坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程。
　　分析了AFFSPM電機(jī)的矢量控制策略，基于MATLAB/Simulink軟件建立了AFFSPM電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行了