摘要
电励磁同步电机无需钕铁硼等稀土材料，而且电励磁同步电机的励磁磁场调节方便，弱磁扩速能力较强。因此，越来越多的专家学者重新重视电励磁电机的发展。传统电励磁凸极电机的转矩密度相对较低，在电动汽车等领域应用受限。因此，本文通过改进电励磁凸极电机的转子结构，提升电励磁凸极电机的转矩密度，进而提高电机的电磁特性，增强电励磁电机在电驱动领域的竞争力。本文开展的针对上述研究内容，给出了理论分析，完成仿真验证。 首先，构建电励磁凸极同步电机在 dq 轴坐标系下的数学模型，根据设计指标开展电励磁凸极同步电机的电磁设计工作。根据设计的结果在Maxwell软件中建立电励磁凸极电机的有限元计算模型，对空载和负载情形下的电磁特性进行仿真分析，验证电磁设计结果。 基于 dq 轴的磁路特性分析，开展电励磁磁障转子的设计工作。分析设置磁障提升磁阻转矩的机理，讨论保持极身宽度不变和d轴磁路宽度不变两种情况下转子磁障的设计原则和方法。研究结果表明，保持d轴磁路宽度不变时，转子侧设置双磁障，且磁障总宽度约占转子极宽的 7.8%，磁障之间的距离约占转子极宽的 5.7%时，总转矩从5.72N.m提升至6.10N.m，提升了6.6%。 利用实验设计中的响应面法，以磁障宽度、磁障顶部位置、转子偏心距、磁障中心线位置为变量，以输出转矩和转矩脉动为优化目标，开展优化设计工作。仿真结果表明，优化后电机的转矩脉动减小了14%，但总转矩也略有下降。除此之外，对磁障转子开展了受力分析和应力计算。仿真结果表明，额定情况下转子承受的离心力不会对电机结构稳定产生影响。 探讨了在转子磁障内设置永磁体，产生磁偏置效果，减小了励磁转矩最大值和磁阻最大值对应的电流角差，提升了磁阻转矩的利用率，从而进一步提升了总转矩。总转矩最大值从6.10N.m提升至6.93N.m,与仅设置磁障相比提升了13.6%。除此之外，研究结果表明，考虑磁路饱和特性，开设磁障以及增设永磁体的方法更适用于轻载工况，此时电机的效率相比于原始模型提升了2%左右。
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