基于磁阻转矩的高功率密度永磁轮毂电机的设计研究

随着社会经济的迅速发展,能源危机和环境污染已经严重地影响了人类的正常生活,这就促使各国加紧实施电动车的研发计划。内置式永磁同步电机可以充分地利用磁阻转矩,在提高电机转矩性能的同时,扩大电机的恒功率运行范围,是较其它电机更具竞争力的电动汽车用驱动电机。本文在分析了国内外轮毂电机的多种应用情况的基础上,以某50kW永磁轮毂电机项目为背景,对磁阻转矩在永磁同步电机中的利用情况及电机主要参数对转矩的影响进行了深入研究。 针对轮毂式永磁电机的特殊工况要求,本文首先分析了轮毂驱动方式中永磁同步电机的性能要求,研究了基于磁阻转矩的永磁同步电机的结构特点及其分析方法,并在此基础上确定了样机模型。然后,对影响永磁同步电机转矩性能的参数进行了分析计算和优化设计。利用磁链法对交直轴电感进行计算,着重分析了交叉耦合对电机电感的影响。最后在对永磁同步电机转矩性能各个方面分析的基础上,通过有限元分析软件分别研究了磁阻转矩对永磁同步电机的平均转矩、失步转矩和转矩脉动,以及电机恒功率运行范围等性能的影响。并且,进一步分析了永磁体尺寸和嵌入位置对永磁同步电机磁阻转矩利用率和转矩脉动的影响。 通过本文的研究工作,将为基于磁阻转矩的电动汽车驱动永磁同步电机的优化设计、拓宽恒功率运行范围的深入研究提供了理论基础。