雙六相橫向磁通永磁電機(jī)系統(tǒng)研究.pdf

1、橫向磁通永磁電機(jī)（Transverse Flux Permanent-magnet Motor，TFPM）作為一種新型特種電機(jī)，具有高轉(zhuǎn)矩密度、磁路解耦、結(jié)構(gòu)模塊化等優(yōu)點，以低速條件下轉(zhuǎn)矩密度大的優(yōu)異性能成為電機(jī)界研究的熱點。但漏磁大、功率因數(shù)低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和轉(zhuǎn)矩脈動大等缺點成為限制其發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重阻礙橫向磁通永磁電機(jī)在實際工程中的廣泛應(yīng)用。
　　本文在研究國內(nèi)外已有橫向磁場永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上，提出一種具有盤式特征的新型雙六相橫向磁

2、通永磁電機(jī)，針對其磁路模型、樣機(jī)結(jié)構(gòu)、三維電磁場和控制方案進(jìn)行認(rèn)真分析，并在搭建實驗平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行樣機(jī)運(yùn)行控制實驗。本文以提出的一種可作為電動車直驅(qū)式輪轂電機(jī)的新型電機(jī)為對象展開相關(guān)研究，主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點有以下幾個方面。
　?。?）在橫向磁通電機(jī)數(shù)學(xué)模型和永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型研究基礎(chǔ)上，結(jié)合多相電機(jī)建模方法分析新型雙六相橫向磁通永磁電機(jī)的磁通磁路，采用磁路等效法，對新型電機(jī)的永磁體、切向極間漏磁、徑向極間漏磁和定子繞組及電機(jī)整

3、體等進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；并給出功率因數(shù)計算方法，對導(dǎo)致TFPM功率因數(shù)低的原因以及改善方法進(jìn)行研究，該理論研究為樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制算法設(shè)計起到了很好的鋪墊作用。
　　（2）根據(jù)現(xiàn)有TFPM和軸向、徑向電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能特點，提出一種可用于電動車直驅(qū)式輪轂的新型雙六相橫向磁通永磁電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由四個定子單元和兩個轉(zhuǎn)子單元構(gòu)成，同時具有盤式特征和軸向組合特征。在三維機(jī)械設(shè)計軟件中對新型電機(jī)的定子單元和轉(zhuǎn)子單元等主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并提出了一

4、種轉(zhuǎn)矩最大化為目標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計方法，優(yōu)化了常規(guī)電機(jī)的設(shè)計思路。針對新型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)特征，給出了主感抗、齒頂漏感抗和諧波漏感抗計算，為深入研究新型電機(jī)的結(jié)構(gòu)性能奠定了基礎(chǔ)。
　　（3）采用三維電磁場有限元分析軟件對新型電機(jī)結(jié)構(gòu)性能和電磁性能進(jìn)行分析，主要研究了造成橫向磁通電機(jī)功率因數(shù)低的漏磁系數(shù)影響因素和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響因素，分析了氣隙長度、定子鐵芯厚度和永磁體尺寸對電機(jī)空載漏磁系數(shù)的影響，及定子錯開角度、氣隙長度和導(dǎo)磁條等因素

5、對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，為減少電機(jī)漏磁和抑制轉(zhuǎn)矩脈動提供理論指導(dǎo)依據(jù)。同時，對新型電機(jī)的電磁場分布和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行仿真，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性與合理性。
　　（4）選擇普適性很強(qiáng)的直接轉(zhuǎn)矩控制和空間電壓矢量相結(jié)合作為控制方案進(jìn)行深入研究，分析了從控制角度抑制轉(zhuǎn)矩脈動方法，針對直接轉(zhuǎn)矩控制的六扇區(qū)、十二扇區(qū)定子磁鏈細(xì)分法分析，提出了十八扇區(qū)定子磁鏈細(xì)分法和占空比算法相結(jié)合的改進(jìn)型空間電壓矢量直接轉(zhuǎn)矩控制方法；對比分析了各控制方法的性能，所提出

6、的控制方案有效地抑制了轉(zhuǎn)矩脈動，適宜在控制算法要求簡單的工程應(yīng)用中得到推廣。
　?。?）構(gòu)建樣機(jī)系統(tǒng)實驗平臺，對樣機(jī)的空載反電動勢、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和空載運(yùn)行特性等進(jìn)行研究，驗證新型雙六相橫向磁通永磁電機(jī)的數(shù)學(xué)建模、結(jié)構(gòu)設(shè)計、有限元分析和控制方案選取的合理性，并對改進(jìn)型控制算法進(jìn)行樣機(jī)控制實驗分析。通過實驗驗證了本文所提出的新型雙六相電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性，以及控制算法選擇正確性。研究成果豐富了電動車直驅(qū)式輪轂電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對橫向磁通電機(jī)減