车用混合励磁爪极电机设计与优化

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1、沈阳工业大学硕士学位论文车用混合励磁爪极电机设计与优化DesignandOptimizationofHybridExcitationClawPoleMotorforVehicle孟恒电气工程学院作者：单位：指导教师：李岩教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年3月2日学位授予单位：沈阳工业大学摘要为了增加发动机的燃油利用率，避免汽车发动机进入怠速状态，因此混合动力汽车技术成为未来汽车行业发展的方向。混合动力汽车要求电机工作在电动与发电两种状态，既要满足汽车启动和爬坡对电机

2、高转矩密度的要求，也要满足汽车在较宽转速下运行，发出稳定电压。传统车用电励磁爪极电机效率低，体积大，不能满足混合动力汽车的要求。混合励磁爪极电机具备了高转矩密度和调速范围宽等特点。通过对不同结构混合励磁爪极电机的研究对比，并结合混合动力汽车对电机的要求，设计一台2.5kW混合励磁爪极电机。本文主要完成了以下内容的研究：首先，总结了国内外对车用爪极发电机的科研成果，确定了三种常见的混合励磁爪极电机结构。从机械结构安全性、加工工艺的难易、电机磁路关系、气隙磁密可调节性和电机效率等方面对比三种电机方案，并结合

3、混合动力汽车应用背景，确定了极间放置永磁体模型。其次，由于混合励磁爪极电机结构比较复杂，采用了三维有限元法对电机进行仿真。为了研究混合励磁爪极电机原理与分析方法，首先确定一个容量较小的电机方案，然后利用三维有限元方法对样机仿真分析。主要对样机的空载磁密分布，发电状态输出特性与电动状态转矩输出特性进行了仿真分析。然后通过实验对比优化了分析方法。最后，根据以上对样机仿真与实验所得结论，设计了一台2.5kW混合励磁爪极电机。利用本文给出的方法对所设计电机进行了仿真计算，并根据仿真结果优化电机模型。利用Ansy

4、s计算了电机高速运行状态下转子机械强度。确定了2.5kW混合励磁爪极电机定转子尺寸。关键词：混合励磁，爪极电机，三维有限元IAbstractInordertoimprovetheutilizationrateofautomobileenginefuel,andeliminatetheidlestate,thehybridelectricvehiclehasbecomethedevelopmentdirectionofautomobile.Themotorofhybridcarneedworkingint

5、wokindsofstate,whichiselecticandpowergeneration,itnotonlymeetstherequirementsofhightorquedensityinthestateofautomobilestartingandclimbing,butalsocanownsteadyvoltagewhenitoperatesunderwidespeed.Thetraditionalvehiclewithelectricalexcitationclawpolemotorhas

6、thedefectsoflowefficiencyandlargevolume,itcannotmeettherequirementsofhybridvehicle.Thehybridexcitationclawpolemotorhasthecharactersofhightorquedensityandwidespeedrange,etc.Byresearchingonthehybridexcitationclawpolemotorsthathavedifferentstructures,andcom

7、biningwiththerequirementsofhybridvehicleonthemotors,thehybridexcitationclawpolemotorthatthepoweris2.5kWhasbeendesigned.Theresearchinthisthesismainlycompletesthefollowingcontents:Firstly,thedomesticandforeignresearchresultsofclawpolemotorusedinvehiclewass

8、ummarized,andthreekindsofcommonstructuresofhybridexcitationclawpolemotorwereconfirmed.Throughcomparingthreemotorschemesonthefollowingaspects:themechanicalstructuresafety,processingtechnology,themotormagneticcircuit,theairg