【摘 要】
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随着永磁材料的价格不断上涨,无法解决供求问题,铁氧体的优势逐渐凸显,但铁氧体的剩磁较低,无法满足普通永磁电机的高转矩高功率密度。近年来提出的一种新型永磁电机即铁氧体辅助同步磁阻电机,在电动汽车、压缩机以及水泵上较为广泛的使用。由于转子结构的复杂性,所以对该电机的优化设计有很大的提升空间。本文针对永磁辅助同步磁阻电机复杂的磁路结构,转子结构的多样性、电机性能的多目标优化、转子薄弱部位的应力校核,为该
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随着永磁材料的价格不断上涨,无法解决供求问题,铁氧体的优势逐渐凸显,但铁氧体的剩磁较低,无法满足普通永磁电机的高转矩高功率密度。近年来提出的一种新型永磁电机即铁氧体辅助同步磁阻电机,在电动汽车、压缩机以及水泵上较为广泛的使用。由于转子结构的复杂性,所以对该电机的优化设计有很大的提升空间。本文针对永磁辅助同步磁阻电机复杂的磁路结构,转子结构的多样性、电机性能的多目标优化、转子薄弱部位的应力校核,为该类复杂结构电机的设计以及多物理场研究提供了一定的指导与参考意义,主要研究内容包括以下几点:(1)基于电磁计算公式确定电机的定转子基本尺寸,通过优化裂比来确定定转子的最优内外径,比较不同槽型、不同绕组形式、极槽配合、转子结构,包括不同磁障形状、磁障层数、磁障占比、肋宽、永磁体厚度,以及硅钢片材料和永磁体材料的选择来确定电机的最优性能,运用有限元软件对不同工况状态下的永磁辅助同步磁阻电机的工作特性进行仿真分析;(2)由于该电机复杂的磁路结构目前并未有成熟的磁路计算公式,本文从提高电机平均转矩、降低转矩脉动的角度出发,采用了基于参数敏感度的多目标优化方法,从转子结构的各个设计尺寸中筛选出对电机关键性能的结构参数,采用拉丁超立方采样方法进行试验设计,构建出优化参数的响应面,选取最优的结构参数,并应用有限元软件验证了该方法的可靠性,缩短了电机设计优化时间,极大地降低了工作量。(3)永磁辅助同步磁阻电机其复杂的转子结构且转子结构存在薄弱环节,位于转子的肋部,故对该电机转子进行应力校核。由于转子的应力受温度影响较为严重,考虑了不同温度多工况下的应力分析。研究结果表明,相比于初步设计的电磁方案,优化后的电机从电磁性能来看,提高了电机的平均转矩,降低了转矩脉动;从电机设计效率来看,极大的缩短了电机的设计时间,降低了工作量,且电机在多工况下均满足了温升应力设计指标。
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