谐波电流注入式多相永磁电机分析与优化

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1、分类号：丨学校代码丨密级等肀科在大事博士学位论文谐波电流注入式多相永磁电机分析与优化学位申请人：康惠林学科专业：电机与电器指导教师：周理兵教授答辩日期：年月日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringAnalysisandOptimizationofMultiphasePermanentMagnetMachinewithHarmonicCurrentInjectionPh.D.Candidate:HuilinKangMajor:Elect

2、ricMachinesandApparatusSupervisor:Prof.LibingZhouHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaMay,2015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宄成果。尽我所知，除文中己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。日期：义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

3、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：日期年月日期：謂怦月？本论文研究得到国家自然科学基金项目“谐波电流注入式高转矩密度多相永磁电机研究”（批准号：的资助。华中科技大学博士学位论文摘要多相永磁电机同时具有多相电机和永磁电机的优点，其中，谐波电流注入式多相永磁电机可通过注入谐波电流提高转矩密

4、度，在舰船推进、电动汽车、风力发电等对电机体积和重量要求较高的领域有良好的应用前景。为利用谐波电流，谐波电流注入式多相永磁电机可采用整数槽集中绕组，但其端部相互重叠，相间耦合较强，限制了电机的容错运行能力；采用分数槽集中绕组时，绕组端部无重叠、相间耦合较弱，具有较强的容错运行能力，但由于采用短距线圈，谐波绕组系数较低，不适合采用谐波电流注入方式进行控制。为此，本文提出一种新型的容错型谐波电流注入式多相永磁电机，并对其展开研究。⋯在分析和总结容错型谐波电流注入式多相永磁电机绕组需求的基础上，提出了一种采用整距线圈的多相分数槽集中绕组结构一一多相分数槽集中整距绕组。该绕组各次谐波绕组系数均为且

5、可实现双层结构相绕组间的机械和热隔离。与常规多相分数槽集中绕组永磁电机对比，多相分数槽集中整距绕组电机相间互感更小，正常和开路故障运行状态下的平均转矩更高。由于谐波电流注入量直接影响电机运行性能，在进一步分析多相分数槽集中整距绕组永磁电机之前，先对谐波电流注入量的确定方法进行了研宄。建立了电磁转矩与谐波电流之间的关系，指出为使平均转矩最大化，谐波电流的幅值比应等于对应次数反电动势谐波的幅值比，且可釆用解析法简化谐波电流注入量的确定。在此基础上，以多相分数槽集中整距绕组永磁电机为例，分析了谐波电流注入对电机转矩、磁动势、永磁体涡流损耗和径向力波等性能的影响，并指出电机设计和优化的重点。针对多

6、相分数槽集中整距绕组磁动势谐波含量较多的问题，研究了采用相移法和磁障法抑制绕组磁动势次谐波的方法。在分析各磁动势谐波抑制方法特征的基础上，确定综合采用相移法和磁障法抑制绕组磁动势次谐波。为减少绕组相移电机中偏移齿的总宽度，提出了齿槽混合偏移结构电机，并优化相移角度，大幅抑制了次谐波中的齿谐波，得到绕组相移电机。再在该电机定子轭部铁心中开设磁障，抑制了最低次数华中科技大学博士学位论文谐波磁动势。最后利用有限元仿真验证了各方法的有效性。为提升多相分数槽集中整距绕组永磁电机的转矩性能，提出了一种准梯形永磁体转子结构，并与马鞍形永磁体结构进行了对比研宄。为避免在采用二维磁场解析法优化永磁体形状时，

7、处理永磁体和气隙之间复杂的边界条件，提出了等效永磁体的概念。利用等效永磁体优化马鞍形和准梯形永磁体形状时，以平均转矩最大化为目标，得到了不同永磁体边沿厚度对应的可变厚度幅值系数。在此基础上，以齿槽转矩最小化为目标，采用复数磁导率模型和细分永磁体法计算准梯形永磁体电机的齿槽转矩，确定了准梯形永磁体的边沿厚度，最终得到了优化的准梯形永磁体形状。有限元仿真和样机实验测试结果验证了准梯形永磁体结构对转矩性能的提升作用及其优化方法