车用混合励磁爪极电机设计与优化

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为了增加发动机的燃油利用率,避免汽车发动机进入怠速状态,因此混合动力汽车技术成为未来汽车行业发展的方向。混合动力汽车要求电机工作在电动与发电两种状态,既要满足汽车启动和爬坡对电机高转矩密度的要求,也要满足汽车在较宽转速下运行,发出稳定电压。传统车用电励磁爪极电机效率低,体积大,不能满足混合动力汽车的要求。混合励磁爪极电机具备了高转矩密度和调速范围宽等特点。通过对不同结构混合励磁爪极电机的研究对比,并结合混合动力汽车对电机的要求,设计一台2.5kW混合励磁爪极电机。本文主要完成了以下内容的研究:首先,总结了国内外对车用爪极发电机的科研成果,确定了三种常见的混合励磁爪极电机结构。从机械结构安全性、加工工艺的难易、电机磁路关系、气隙磁密可调节性和电机效率等方面对比三种电机方案,并结合混合动力汽车应用背景,确定了极间放置永磁体模型。其次,由于混合励磁爪极电机结构比较复杂,采用了三维有限元法对电机进行仿真。为了研究混合励磁爪极电机原理与分析方法,首先确定一个容量较小的电机方案,然后利用三维有限元方法对样机仿真分析。主要对样机的空载磁密分布,发电状态输出特性与电动状态转矩输出特性进行了仿真分析。然后通过实验对比优化了分析方法。最后,根据以上对样机仿真与实验所得结论,设计了一台2.5kW混合励磁爪极电机。利用本文给出的方法对所设计电机进行了仿真计算,并根据仿真结果优化电机模型。利用Ansys计算了电机高速运行状态下转子机械强度。确定了2.5kW混合励磁爪极电机定转子尺寸。
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