基于组合磁极的一字型内置式永磁同步电机的研究-电气工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TM351 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON COMBINED-POLE STRAIGHT-SHAPE INTERIOR PERMANENT-MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE Candidate： Lin Zhanxi Supervisor： Prof. Zheng Ping Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： School of Electrical Engineering and Automation Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I I 摘 要 内置式永磁同步电机因其较高的功率密度和优秀的弱磁扩速能力被广泛应 用在电动汽车电驱动系统。本文提出了一种基于组合磁极的一字型内置式永磁 同步电机(Combined-Pole Straight-shape Interior Permanent-Magnet Synchronous Machine CPS-IPMSM)，通过采用稀土永磁材料和铁氧体永磁材料组合的形式 改善气隙磁场，降低气隙磁场谐波，提高效率。在易退磁区域采用抗退磁能力 强的铁氧体材料改善永磁体局部退磁情况,并减少稀土永磁材料的用量，进一步 降低电机的成本。CPS-IPMSM 具备高效能、高抗退磁能力、低成本等优势。 本文针对 CPS-IPMSM 原理分析、方案设计、结构参数优化、温度场分析以及 永磁体退磁分析等几个方面进行了研究。 首先，围绕电机设计原则，结合组合磁极工作原理，对组合磁极永磁同步 电机进行方案设计。提出了组合磁极等效分析模型，为气隙磁场正弦化提供理 论基础。根据电机设计方案建立了组合磁极永磁电机有限元模型。并计算了考 虑交叉耦合时组合磁极永磁电机的电感，探寻组合磁极直交轴电感变化规律。 其次，分别从磁桥尺寸和磁极尺寸对组合磁极永磁同步电机进行优化，确 定电机结构参数对电机电磁性能的影响。其中，以气隙磁场正弦性为优化目标， 提出了组合磁极最优宽度比的选取原则，为组合磁极电机设计提供参考依据。 得到满足电机电磁性能和机械性能的优化方案。与传统的单一钕铁硼材料磁极 电机相比，组合磁极电机在气隙磁场正弦性、空载反电势正弦性、转矩波动、 钕铁硼用量、材料成本等方面具有一定的优势。 再次，结合电机各部分的损耗和采用等效方式计算的导热系数，运用商业 软件 ANSYS 建立了 CPS-IPMSM 的温度场模型，进行了不同工况下温度场的 稳态分析以及瞬态分析，进而验证了电机冷却方案的合理性。并与传统的单一 材料磁极永磁同步电机的温度场分布进行对比。 最后，分析了永磁材料退磁的机理，并结合磁极区域内的温度，对正常工 作状态下的电机的退磁情况进行分析。由于永磁体退磁主要发生在高温环境或 较大的退磁电流作用下，因此在一定温度下，对通入不同直交轴电流时的永磁 体磁极的磁场变化进行分析，并与传统的单一材料磁极的抗退磁能力进行对比。 综上，本文提出的基于组合磁极的内置式永磁同步电机是低成本高性能电 机的理想选择。 关键词：组合磁极；一字型；内置式永磁同步电机；气隙磁场；退磁 II II Abstract Owing to the advantages of high power density and excellent field -weakening performance, interior permanent-magnet synchronous machines (IPMSM) are widely applied in electric drive system of electric vehicles (EVs). This paper proposes a Combined-pole Straight-shape Interior Permanent-Magnet Synchronous Machine (CPS-IPMSM). By adopting the combination of rare earth permanent magnet material with ferrite permanent magnet material, the air-gap flux