摘要
随着物流行业的迅速发展，叉车作为灵活高效的搬运工具，发挥了巨大的作用。电动叉车具有污染小，噪声低等优势，其操控简便灵活，大大提升了工作效率。永磁同步电机具有优越的启动性能和调速性能、过载能力强，作为驱动电机很好地迎合了电动叉车的工作需求，因此得到广泛的研究以及开发利用。但是在追求高功率密度等电磁性能的同时，由于电机温度过高引起的各种问题也随之而来，如永磁体退磁以及绝缘破坏问题。这就使得电机在设计以及优化过程中不仅仅要考虑电磁性能，还需考虑散热性能，实现永磁同步电机多物理场耦合的性能优化，对提升电机以及电动叉车的整体性能具有重要的工程应用价值。 本文以一台30kW电动叉车用永磁同步电机为研究对象，同时考虑电机拓扑结构对电磁性能及散热性能的影响，对电机进行多物理场及多目标优化。具体研究如下: (1)首先分析电机的矢量控制以及电感参数对过载能力和调速性能的影响。然后根据电机的性能指标要求，通过理论表达式初步计算电机的主要参数，利用Maxwell有限元软件建立电机的二维仿真模型，对其空载以及负载工况下的各项电磁性能进行计算与分析，并探究转子分段斜极对电磁性能的影响; (2)分析电机的热源及其计算方法，参照空心圆柱体的T型热网络模型，建立本文永磁同步电机的等效热网络模型，对电机在额定工况以及峰值工况下的温度场进行计算分析。分别以齿槽比、齿轭比以及永磁体夹角为变量，探究电机定转子结构对电机损耗以及散热性能的影响，为后续优化提供参考; (3)以齿槽比、齿轭比、裂比、永磁体宽度、永磁体厚度、永磁体夹角、极弧系数、外磁桥宽度以及有效长度9个设计参数为优化变量，以功率密度、有效材料的成本、额定工况下最高温度、齿槽转矩、转矩脉动等性能为优化目标，利用灵敏度分析有效识别优化变量对优化目标的影响，并基于此确定分步优化的方法。采用改进粒子群优化算法，对电机进行电磁场、温度场多物理场耦合以及多目标的优化。最后对优化前后电机的各项性能进行对比分析; (4)采用Fluent对优化后电机的温度场进行计算与验证，并对优化后电机永磁体的抗退磁性能进行分析验证。最后制造样机并搭建实验平台，对电机的外特性、效率等电磁性能以及温升特性进行测试，并与仿真结果进行对比。
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