【摘要】：永磁同步電機(jī)以其高功率密度、高效率的特點(diǎn)在船舶、航空航天、新能源汽車等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的永磁磁場不易調(diào)節(jié),需要注入負(fù)值的直軸電流進(jìn)行弱磁控制以抵消增長的反電勢。但是由于銅耗與電流的平方成正比,額外的弱磁電流將導(dǎo)致大量的銅耗,降低驅(qū)動系統(tǒng)的控制精度。受電力電子逆變器電流容量的限制,弱磁電流的增加勢必會減少輸出轉(zhuǎn)矩電流的大小,從而降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。本文研究了一種串聯(lián)磁路混合永磁記憶電機(jī)(Series Magnetic Circuit Hybrid Permanent Magnet Memory Motor,SMC-HPM-MM),高矯頑力永磁體保證了電機(jī)具有較強(qiáng)的氣隙磁密,可通過控制脈沖電流改變低矯頑力永磁體的磁化水平,從而調(diào)節(jié)氣隙磁密。該電機(jī)在高速區(qū)間對低矯頑力永磁體進(jìn)行退磁操作,消除持續(xù)的弱磁電流,拓展調(diào)速范圍的同時提高電機(jī)的綜合效率,具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:首先,研究了磁性材料的Preisach磁滯模型,通過設(shè)計分布函數(shù)建立了一個可解析的Preisach磁滯模型,可以模擬任何形狀的磁滯回線,有利于實現(xiàn)記憶電機(jī)的精準(zhǔn)調(diào)速。然后給出了SMC-HPM-MM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)電機(jī)的等效磁路,分析了電機(jī)內(nèi)部鋁鎳鈷永磁體的磁化過程。最后建立了SMC-HPM-MM的數(shù)學(xué)模型,分析了電機(jī)的基本工作原理。其次,根據(jù)SMC-HPM-MM主要性能指標(biāo),確定了電機(jī)的主要尺寸。通過理論分析確定了SMC-HPM-MM定子結(jié)構(gòu),包括極槽比、定子槽和定子繞組。同時研究了高矯頑力永磁體端部漏磁現(xiàn)象,指出兩種永磁體的截面面積比是影響高矯頑力永磁體端部漏磁現(xiàn)象的重要因素。然后,建立了SMC-HPM-MM有限元仿真模型,對鋁鎳鈷永磁體正反兩種磁化狀態(tài)下電機(jī)的性能進(jìn)行了分析。同時通過對齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理的分析,提出了定子齒開反槽與轉(zhuǎn)子開孔結(jié)合的方法來抑制SMC-HPM-MM的齒槽轉(zhuǎn)矩,并通過有限元仿真計算驗證了上述方法的有效性。接著根據(jù)鋁鎳鈷永磁體不同磁化狀態(tài)下電機(jī)的電感特性,通過添加內(nèi)置磁障減小交軸電感,使電機(jī)在鋁鎳鈷永磁體正向磁化時,獲得了直軸電感大于交軸電感的特殊電感特性。在電機(jī)低速運(yùn)行時采用大于零的直軸電流,獲得正值磁阻轉(zhuǎn)矩的同時提高了鋁鎳鈷永磁體的工作點(diǎn),因此優(yōu)化了電機(jī)低速時轉(zhuǎn)矩性能,提高了電機(jī)工作的可靠性。最后,根據(jù)添加內(nèi)置磁障后SMC-HPM-MM的電感特性,選擇合適的控制策略,利用有限元仿真計算了電機(jī)在鋁鎳鈷永磁體不同磁化狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速關(guān)系、電機(jī)效率,驗證了SMC-HPM-MM的寬調(diào)速范圍運(yùn)行性能。
【圖文】：

了真正意義上的磁通可調(diào)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀許多學(xué)者致力于記憶電機(jī)的研究，提出取得了巨大的進(jìn)步。型記憶電機(jī)在提出記憶電機(jī)的概念后，研究制造了圖 1.1 所示。該記憶電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)采“三明治”結(jié)構(gòu)，，材料由內(nèi)向外依次是 AAlNiCo 具有較高的剩磁密度但是矯頑可以使它退磁，記憶永磁電機(jī)利用這一[17]。另外，韓國 Hanbat 大學(xué)的 Jung Ho 磁滯曲線的非線性，建立了 Preisach 模線，使得電機(jī)的氣隙磁通控制更加精確

a）6 極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) b）8 極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 1.2 兩種永磁體切向式磁化記憶電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)美國威斯康星——麥迪遜大學(xué)教授 Natee Limsuwan 聯(lián)合日本學(xué)者 Takato 對內(nèi)置式永磁同步電機(jī)進(jìn)行了深入研究，在交軸磁路上增加 AlNiCo 永磁變交軸電感，提出了一種交軸磁阻增強(qiáng)型記憶電機(jī)，利用有限元仿真軟件分及實驗的驗證，表明了該電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍和高的運(yùn)行效率[21]。兩種磁阻增強(qiáng)型記憶電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示。a）AlNiCo 徑向磁化 b）AlNiCo 軸向磁化圖 1.3 兩種磁化方向磁阻增強(qiáng)型記憶電機(jī)結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM341

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本文編號：2685330