新型辅助磁障永磁同步电动机设计与分析

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随着电力电子和机械工业的快速发展,越来越多的电机广泛应用于各行各业。永磁同步电动机(PMSM)由于其体积小、质量轻、效率高的优点,广泛应用于电动汽车、升降梯、机械手臂等工业生产的各个领域,但昂贵的稀土永磁材料和高温退磁现象依旧制约着PMSM的使用场合。为了解决上述问题,本文研究了一种新型辅助磁障永磁同步电动机(AMBPMSM),它结合了PMSM和同步磁阻电动机(SRM)的特点,在减小稀土永磁材料用量的同时依然具有转矩密度高、转矩脉动小、抗退磁能力较强的优点。首先,通过查阅大量相关文献和资料,阐述课题研究的背景意义以及AMBPMSM、PMSM和SRM的研究现状。进而介绍了PMSM和AMBPMSM的结构特点及数学模型,分析了AMBPMSM的d、q轴等效磁路模型。其次,以PMSM的经验值为依托,从电机技术指标出发,依次确定电磁负荷、定子方案、电机主要尺寸、转子方案、气隙长度及绕组温升,最终确定电机各个参数。根据电磁计算程序M文件,利用MATLAB软件开发电磁计算通用平台,实现了对永磁电机快速便捷的电磁计算。再次,确定AMBPMSM的转子结构、磁桥形状、磁障形状、磁障层数和永磁体占比,利用有限元仿真软件对比AMBPMSM、“一”字型和“V”字型内置式永磁同步电动机(IPMSM)的负载转矩、转矩脉动和效率。再对AMBPMSM进行转子分段斜极和磁障厚度优化,对比优化前后的齿槽转矩和空载反电动势,为电机转子结构优化进一步奠定了基础。由于篇幅有限本文仅简单研究了几个参数,对这方面的研究有待进一步加深。最后,从PMSM实验需求分析以及对电机实验平台测功机系统比较的基础上,提出了本课题电机实验平台系统总体方案。再以“V”字型IPMSM为样机进行空载实验和负载实验,记录改变负载时对应的转矩和效率变化情况并与仿真结果对比,该实验结果具有一定的工程参考价值。
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