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电动摩托车用双定子永磁电机电磁设计与仿真研究

王洪莹  
【摘要】: 随着电动摩托车产业的快速发展,对高性能驱动电机的需求越来越迫切。双定子永磁电机以其优异的性能,逐渐受到人们的重视,研究也越来越深入。本文在电动摩托车单定子永磁驱动电机的基础上,设计了一款双定子永磁电机。作为一种新型结构的电机,还有不少尚未完全解决的问题,本课题对电机的电磁设计,结构参数对性能的影响等进行研究。 首先,本文简要阐述双定子永磁电机的工作机理。对其基本结构、电磁关系、数学模型、等效电路图、电压方程式、功率和转矩平衡关系等进行简要分析。其次,介绍几种常用的电机电磁设计方法,并进行对比分析。由于双定子永磁电机的特殊结构,本文采用“场路结合”的方法,在内、外定子主要尺寸确定、磁路结构、永磁体设计、定转子设计、绕组设计等讨论的基础上,完成该电机的电磁设计,并给出电机的电磁设计参数。再次,介绍了电机电磁场的基本理论及其分析方法,并通过电磁场仿真软件Ansoft建立双定子永磁电机的有限元模型。对电机的不同运行状态进行仿真分析,包括空载时的磁场分析、反电势和漏磁系数计算,负载情况下不同转速时的双定子永磁电机运行性能等。同时,还对单节距分数槽绕组进行研究,计算了电机的绕组因数,分析绕组电流对电感的影响。最后,根据双定子永磁电机的特点,研究电机结构参数对电机性能的影响。通过与单定子永磁电机的对比,分析增加一个内定子对电机输出转矩及空间和材料利用率的影响。并对电机内、外气隙配合,电机裂比和内、外定子相对位置对电机性能的影响进行研究,给出确定电机最优设计方案的方法。 研究结果表明,双定子永磁电机有更高的功率密度,起动性能好,驱动能力强,充分利用电机内部空间,提高了电机的空间和材料利用率。同时,电机的结构参数对性能有很大影响,应根据使用场合和要求进行选取。 本文设计的高性能双定子永磁电机适合做电动摩托车驱动电机,在电动车驱动电机领域有极为广泛的应用前景,对促进电动摩托车的发展和推广使用有重要意义。


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