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电励磁双凸极轮毂电机的有限元分析

余海阔  
【摘要】:本文提出了一台新型电励磁双凸极轮毂电机,设计了其结构和尺寸,用有限元法分析了电机的电磁场,得出其静态特性、转矩特性和机械特性,并根据电机的运行性能对其进行了尺寸调整。 首先,综合电动汽车驱动用电机的发展现状,选择电励磁双凸极电机作为轮毂电机。根据汽车轮毂的结构初步确定了电机的结构和尺寸,电机为外转子结构,转子上无绕组,定子上放置电枢绕组和励磁绕组。定、转子极数分别为12和8,相数为3。 根据电机的对称性,选取电机截面的1/4为求解域,采用基于Visual C++的二维Delaunay剖分对求解域进行三角网格剖分。然后,运用自己开发的有限元计算程序计算电机空载时的静态特性,选取合适的励磁电流,并在此励磁电流下计算不同转速时的负载性能,据此对电机尺寸进行必要的修正。然后,根据有限元计算得出的数据来计算电机的转矩。转矩是运用虚位移法来计算的。由不同转速、不同转子位置角时的转矩得出电机的转矩特性。 双凸极电机的机理及其特殊的齿槽结构决定着其具有较大的脉动转矩,这是限制其广泛应用的一个重要缺陷。用作轮毂电机时,较大的脉动转矩会产生振动及噪声,将影响电动汽车的运行性能。定转子极弧组合和气隙厚度是影响DSEM转矩曲线的一个重要因素,选择合适的定转子极弧组合和气隙厚度可以很大程度上减小转矩脉动。本文根据文献及前人的研究成果,对电机结构和尺寸进行调整,以减小电机的脉动转矩。结果表明,优化后电机的转矩脉动得到了削弱。最后,根据不同转速下的平均转矩得出了电机的机械特性。 通过本文的分析可知,DSEM的效率高、能量密度高,且运行性能优良,其转矩特性和机械特性适合作为轮毂电机。文章得出了一些建设性的成果,为该类电机的设计提供了帮助。


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