新能源汽车用不均匀齿(槽)距永磁同步电动机不平衡磁拉力、转矩脉动和电磁振动抑制研究

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永磁同步电机具有效率高、转矩密度高、体积小、重量轻等优点,随着永磁材料耐高温性能的提高和价格的降低,永磁电机在航空航天、轨道交通、电动汽车等领域得到了广泛的应用。但是永磁电机存在齿槽转矩和齿谐波电动势分量较大两个突出问题,造成电机转矩脉动和振动噪声增大,影响了电机的效率和力能输出品质,永磁电机的这些缺点限制了其广泛的应用。本文研究了一种新能源汽车用不均匀齿(槽)距永磁同步电动机,即不等齿宽组合永磁同步电机和不等槽宽组合永磁同步电机,能够解决上述问题。本文阐述了现有的削弱转矩脉动及电磁振动的方法,研究了一种新型不等齿(槽)宽组合永磁同步电机,介绍了该电机的结构特点及削弱齿槽转矩和齿谐波的原理,用有限元软件建立了模型并进行了仿真,对电机的齿槽转矩、反电动势、输出转矩及不平衡径向磁拉力进行了分析,充分展示了该电机的性能特点。本文分析了新型不等齿(槽)宽组合永磁同步电机避免产生不平衡径向磁拉力的原理,给出了避免产生不平衡径向磁拉力的设计方法,并且使用有限元软件进行计算,证明了该方法的有效性。本文推导了电机齿槽转矩的公式,结合电机的槽数、极数、宽定子齿(槽)数等具体参数分析了齿槽转矩的来源。本文重点分析了宽定子齿(槽)数的变化对齿槽转矩的削弱效果,给出了在任意极数槽数下选择宽定子齿(槽)数的方法,有限元软件的计算结果证明,通过解析计算选择合适的宽定子齿(槽)数及宽定子齿(槽)与窄定子齿(槽)宽度之比,可以显著降低永磁电机的齿槽转矩,以此削弱电机的转矩脉动及电磁振动。本文推导了采用不等齿(槽)宽组合结构时电机合成磁动势的表达式,分析了不同的电枢绕组缠绕方式对合成磁动势的影响,通过解析计算可确定最优的电枢绕组缠绕方式,以提高电机的转矩密度,并且使用有限元软件进行计算证明了该方法的有效性。本文对提出的新型不等齿(槽)宽组合永磁同步电机进行了性能对比,对比结果表明新型电机具有良好的性能。
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