基于多层转子结构的可控磁通电机有限元分析.pdf

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1、第32卷第4期佳木斯大学学报(自然科学版)Vo1．32No．42014年07月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)July2014文章编号：1008—1402(2014)o4—0541—04基于多层转子结构的可控磁通电机有限元分析①黄佳，江才林2(1．同济大学汽车学院．上海201804；2．同济大学机械与能源工程学院。上海201804)摘要：针对单层转子结构可控磁通电机磁通控制电流过大的问题，提出一种三层转子结构的可控磁通永磁电机．对电机空载特性、工作状态特性、电机状态改变的磁通控制特性进行了有限元仿真

2、．仿真表明该电机能够满足车用电机的需求，并且能减小磁通控制电流．关键词：多层转子结构；可控磁通；永磁电机中图分类号：TM351文献标识码：A动】．转子为内置混合式结构，包含钕铁硼永磁体0引言和铝镍钴永磁体，分三层放置．钕铁硼位于第一、二在电机领域中，受普通永磁材料固有特性的限层的两侧和第三层，其充磁方向固定不变，为电机制，传统永磁同步电机的气隙磁场很难调节，这使提供主要的气隙磁通；铝镍钴位于第一、二层的中得电动运行时调速范围十分有限，极大地限制了永间位置，其充磁方向受大小和方向均可变的d轴电磁电机在电动汽车、航空航天等宽调速直驱领域的流控制，作为磁通可控部分．应用

3、．为此，如何实现永磁电机气隙磁场的有效调节成为近年来电机研究领域的一个热点．一种通过改变永磁体磁化水平来实现气隙磁场调节，被称为混合永磁型可控磁通电机，正在受到越来越多学者的关注【¨．一些诸如“u”型[】、“V”型L引、“w”型-4的混合永磁型可控磁通电机相继被许多专家学者提出．然而，这些不同结构的可控磁通永磁电机均采用单层转子结构，在电机通过三相定子电流对转子磁通控制时，往往需要较大的电流值．为了解决较大的定子控制电流，本文提出一种三层转子结构的可控磁通永磁同步电机，利用有限元软件对该电机的空载特性、工作状态特性、电机状态改变的磁通控制特性进行仿真分析．图1三层

4、转子结构的可控磁通永磁同步电机二维模型该电机有两种工作状态：助磁状态和去磁状1三层转子结构可控磁通电机模型态，电机在这两种状态之间的转换由d轴电流控制．当铝镍钴的充磁方向和钕铁硼充磁方向相同1．1电机模型及功能介绍时，电机工作在助磁状态，处于第一、二层的铝镍钴矫顽力较低，对气隙磁通贡献不大，但能将处于第三层转子结构可控磁通永磁电机的剖面图如三层的钕铁硼产生的磁通导向定子侧，增强电机的图l所示：气隙磁密，保证电机具有较好的驱动性能．当铝镍该可控磁通电机的定子与传统永磁电机的定钴的充磁方向和钕铁硼充磁方向相反时，电机工作子相同，绕组为双层整数槽绕组，能够在一定程度在去

5、磁状态，处于第一、二层的铝镍钴将两侧和第上减少电机的反电动势谐波、电流谐波以及转矩脉①收稿日期：2014—04—29作者简介：黄佳(1990一)，男，江苏宿迁人，同济大学汽车学院硕士研究生，主要研究方向：新能源汽车与电机驱动及控制542佳木斯大学学报(自然科学版)2014年三层的钕铁硼产生的磁通短路在转子侧，此时电机接双层叠绕组，具体技术数据如表l所示．在有限的气隙磁密最弱，达到了弱磁扩速的目的，增大了元软件中，可采用一对极下的区域进行求解．电机调速范围．表18极48槽可控磁通永磁电机技术参数参数数值参数数值1．2电机结构的优点定子外径180mm并联支数3三层转子

6、结构的可控磁通永磁电机采用Id=定子内径105ram每槽匝数180控制策略，负载电流即为q轴电流Iq，对处于第气隙宽度0．7mm线圈节距5一、二层中间位置的铝镍钴永磁体几乎无影响，保转子内径40ram钕铁硼牌号NdFeB35证电机驱动状态下电机转子磁通的稳定．三层永磁定、转子材料DW315_35铝镍钻牌号LNG52体两侧均采用空气作为隔磁结构，增大了q轴的电绕线直径0．8mm隔磁结构空气感，充分利用了电机凸极效应，增大转矩．位于第二针对新能源的车用电机的要求，主要对电机空层两侧的空气隔磁结构的长度大于第一层的钕铁载特性、电机驱动特性、电机磁通控制过程进行电硼长度，

7、减弱了去磁状态时钕铁硼对铝镍钴的反向磁分析与仿真．磁化，保证了电机弱磁的能力；同时，在铝镍钴由去磁状态变为助磁助磁状态时，阻碍了d轴电流产生2．1电机空载分析的磁通通向两侧的钕铁硼，保证了铝镍钴能迅速被在电机驱动状态下，铝镍钴永磁体正向充磁工反向磁化．作于助磁状态时，在有限元软件中进行仿真．2三层转子结构可控磁通电机电磁分析空载时，电机工作在助磁状态，电机气隙磁密、感应电动势分别如图2、图3所示：该电机模型采用8极48槽结构，采用Y型连吕、、铀超毯图2铝镍钴助磁时气隙磁密沿气隙中心线分布图3铝镍钴助磁时空载的感应电动势波形由图2可知，电机定子侧最高气隙磁密为可知，

8、其空载反电