【摘 要】
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内置式永磁同步电机因其调速范围广、控制性能好、永磁体抗退磁能力强等优点,广泛应用电动汽车行业,成为电动汽车主要驱动部件之一。然而,由于内置式电机磁饱和现象较为严重,非线性气隙磁场难以计算,一般用费时较长的有限元仿真。同时,由于制造和安装误差以及恶劣运行工况等会导致电机发生偏心,磁饱和不均匀分布,气隙磁场变化规律复杂,产生不平衡磁拉力,引起电机振动和较大的噪声。因此,综合考虑磁饱和、静动态偏心、定子
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“电动汽车用内置式永磁同步电机的全工况瞬态电磁噪声机理研究与声品质评价”(项目编号:51975141); 汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室开放基金项目“内置式永磁同步电机气隙磁场与径向力的解析建模技术”(项目编号:FAW-YWWBZB2018012)
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内置式永磁同步电机因其调速范围广、控制性能好、永磁体抗退磁能力强等优点,广泛应用电动汽车行业,成为电动汽车主要驱动部件之一。然而,由于内置式电机磁饱和现象较为严重,非线性气隙磁场难以计算,一般用费时较长的有限元仿真。同时,由于制造和安装误差以及恶劣运行工况等会导致电机发生偏心,磁饱和不均匀分布,气隙磁场变化规律复杂,产生不平衡磁拉力,引起电机振动和较大的噪声。因此,综合考虑磁饱和、静动态偏心、定子开槽效应的内置式永磁同步电机解析计算具有重要的理论意义和应用价值。(1)内置式永磁同步电机空载磁场与漏磁系数解析建模及分析。首先建立了空载磁场等效磁路模型,结合电机材料BH曲线,进行考虑端部磁桥和极间磁桥磁饱和的双重迭代。结合复数相对磁导函数,探究了定子开槽对磁饱和的影响。并利用解析算法定义了饱和系数,计算空载漏磁系数,分析不同材料、不同磁桥结构对空载漏磁系数的影响。研究结果表明:定子开槽对磁饱和有一定影响,会降低进入气隙的磁通量。极间磁桥宽度增加,空载漏磁系数会随之增大;极间磁桥长度增加,空载漏磁系数会随之减小。(2)内置式永磁同步电机负载磁场解析建模分析。建立了负载磁场等效磁路模型,提出转子磁动势分布函数概念,从磁动势角度将负载磁场分为两部分,实现考虑磁饱和内置式永磁同步电机电枢反应磁场、合成磁场完全参数化解析。结合麦克斯韦应力张量法,建立电磁力解析模型,分析电磁力的时空特性。(3)内置式永磁同步电机静态偏心磁场解析建模分析。针对静态偏心电机不同磁极磁饱和程度不一样,提出等效平均气隙长度概念,对不同磁极分别进行迭代计算。同时,利用改进的复数相对磁导法计算了静态偏心下复数相对磁导,综合考虑偏心以及不均匀复数相对磁导对磁饱和的影响,分析了静态偏心对气隙磁场和电磁力空间阶次和频率特性的影响规律。(4)内置式永磁同步电机动态偏心磁场解析建模分析。利用几何关系,精确计算了动态偏心下气隙长度。分别对不同磁极磁饱和进行双重迭代计算,利用改进的复数相对磁导法计算了动态偏心下复数相对磁导。分析了动态偏心对气隙磁场和电磁力空间阶次和频率特性的影响规律。研究结果表明:气隙磁场会在无偏心的基础上产生±1的空间阶次成分,以及±fr频率成分。(5)内置式永磁同步电机电磁特性分析及试验验证。利用解析模型计算了电磁转矩、齿槽转矩、不平衡磁拉力。研究不同静、动态偏心率下对不平衡磁拉力的影响规律,同时进行电磁转矩的试验验证。
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