分数槽集中绕组永磁同步电机的若干问题研究

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1、分类号学号D200977224学校代码10487密级公开博士学位论文分数槽集中绕组永磁同步电机的若干问题研究学位申请人：段世英学科专业：电机与电器指导教师：周理兵教授答辩日期：2014年5月21日万方数据万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonRelatedProblemsofFractionalSlotConcentratedWindingPermanentMagnetSync

2、hronousMachinesPh.DCandidate:ShiyingDuanMajor:ElectricMachinesandElectricApparatusSupervisor:Prof.LibingZhouHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2014万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做

3、出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据华中科技大学博

4、士学位论文摘要分数槽集中绕组永磁同步电机具有提高功率密度、降低齿槽转矩、提高容错能力的潜力，在风力发电、舰船推进和电动汽车等应用领域具有广阔的应用前景。近年来，国内外对此种永磁同步电机的研究主要集中在单个槽/极配合谐波分析、磁动势谐波引起的振动和附加损耗及抑制等方面。然而其绕组和磁路特性的特殊性，使得其参数和性能的分析、以及电磁设计与传统整数槽电机有所不同。本文以分数槽集中绕组永磁同步电机为研究对象，针对其目前分析和设计中存在的若干问题，系统地展开研究。基于绕组理论系统地研究分数槽集中绕组谐波绕组系数及磁动势通用分析计算方法。详细分析大量槽/极配合，分别采用单层绕组和双层

5、绕组时的绕组系数，总结绕组系数随槽/极配合的变化规律。特别地，研究改变并联支路数时谐波绕组系数的变化及其机理。然后对不同槽/极配合类型的磁动势进行分析，总结其谐波分布及其大小的规律。最后，以绕组系数、力波振动、齿槽转矩、损耗作为评价指标，综合比较几种槽/极配合类型的优缺点，并针对不同应用领域，给出推荐的槽/极配合。基于绕组函数推导表贴式和内置式分数槽集中绕组电机的电感解析计算公式，提出并详细推导不同槽/极配合的槽漏感计算公式，并通过有限元计算进行了对比验证。研究槽口尺寸对槽漏感的影响，并研究电流相位角对电感特性的影响。然后采用相量法、冻结磁导率法和差分磁链法对交–直轴电感

6、进行了研究，对比研究几种电感计算方法的特点。对永磁电机的弱磁特性进行深入研究。以特征电流、凸极比、永磁磁链作为表征永磁电机弱磁能力的三个参数，研究其对弱磁特性的影响。深入研究分段永磁体内置式永磁电机去磁磁场对磁路饱和的影响，提出分段永磁体提高弱磁能力的机理。并通过对比研究分数槽集中绕组和整数槽分布绕组、永磁体分段和不分段内置式永磁电机的弱磁特性，验证本文提出的结论。深入研究电磁负荷对电磁振动和损耗的影响。在不同运行工况，通过改变电流幅值和电流角，能同时反映磁负荷和电负荷的变化。推导表贴式的气隙磁密解析计算公I万方数据华中科技大学博士学位论文式，在此基础上分析力波大小随电磁

7、负荷变化的规律；对于内置式，则采用有限元进行了分析。研究不同运行工况下电磁负荷改变对定子铁耗和永磁体涡流损耗的影响。结合电磁负荷对力波和损耗的影响，在较宽运行区间内综合评价电磁负荷选取的合理性。关键词：永磁电机分数槽集中绕组绕组系数磁动势谐波电感弱磁特性电磁负荷II万方数据华中科技大学博士学位论文AbstractWithadvantagesofhighpowerdensity,lowcoggingtorque,strongfault-toleranceabilityandetal,fractionalslotconcentra