论文总字数：29693字

摘 要

本文目的基于设计分析一台定子6槽/转子5极磁通切换（Flux-switching permanent magnet,FSPM）电机，并通过JMAG软件平台调试电机参数使其满足预期性能要求。在了解学习并掌握FSPM电机相关基本原理和分析方法的基础上，本文进行了如下设计调试工作并归纳出以下结论：

1、分别设计并对比了定子6槽/转子5极磁通切换永磁电机与传统表贴式永磁同步电机。所设计的定子6槽/转子5极电机的电磁性能优于相似电机结构的传统表贴式永磁同步电机。

2、分析归纳传统表贴式永磁同步电机的主要电机参数，基于这些主要参数优化设计的基础上设计目标定子6槽/转子5极磁通切换电机。

3、在两种电机电磁性能具体体现的几个方面通过JMAG软件平台实现电机的模拟运行进行比较，所设计FSPM电机的转矩大小及电磁脉动均优于传统的表贴式永磁同步电机。

4、建立所设计电机的JMAG二维有限元模型，在空载情况下运行模型，得到电机的空载反电势波形，定位力矩波形，并与相似结构电机进行对比。

5、建立所设计电机的JMAG三维有限元模型，分析它的端部效应。并将三维有限元模型性能与二维模型进行对比，三维仿真模型较二维模型在轴向端部漏磁更多更符合实际，通过三维模型可以对二维模型仿真结果进行修正。

关键词：磁通切换，有限元，永磁电机，参数优化，性能比较

Abstract

The purpose of this paper is to design a stator 6-slot rotor flux-switching permanent magnet (FSPM) motor based on the design and to debug the motor parameters through the JMAG software platform to meet the expected performance requirements. After understanding and mastering the basic principles and analysis methods of FSPM motors, the following design debugging work was conducted and the following conclusions were summarized:

1、The stator 6-slot/rotor 5 pole flux-switching permanent magnet motor and traditional surface-mounted permanent magnet synchronous motor were designed and compared. The electromagnetic performance of the stator 6-slot/rotor 5 pole motor designed is superior to that of a conventional surface mount permanent magnet synchronous motor with a similar motor structure.

2、Analyze and summarize the main motor parameters of the traditional surface-mount permanent magnet synchronous motor. Based on the optimized design of these main parameters, design the target stator 6-slot/rotor 5-pole flux switching motor.

3、Comparing the simulation of the motor with JMAG software platform in several aspects of the electromagnetic performance of the two motors, the torque and electromagnetic pulsation of the designed FSPMS motor are better than the traditional surface-mounted permanent magnet synchronous motor.

4、 The JMAG two-dimensional finite element model of the designed motor was built. The model was run under no-load conditions. The no-load back-EMF waveform and the positioning torque waveform of the motor were obtained and compared with the similar structure motor.

5、The JMAG three-dimensional finite element model of the designed motor was established to analyze its end effect. Comparing the performance of the three-dimensional finite element model with the two-dimensional model, the three-dimensional simulation model is more realistic than the two-dimensional model in terms of magnetic leakage at the axial ends. The three-dimensional model can be used to modify the simulation results of the two-dimensional model.

Key words:Flux switching, finite element, permanent magnet motor, parameter optimization,

performance comparison

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2永磁同步电机简介 1

1.3 磁通切换永磁电机简介 4

1.3.1 电机结构与原理 4

1.3.2 国内外研究现状 5

1.4 本文的主要工作 7

第二章 磁通切换永磁电机的分析和设计 8

2.1 引言 8

2.2 磁通切换永磁电机的数学模型 8

2.2.1 定子静止坐标系下的数学模型 8

2.2.2 转子旋转坐标系下的数学模型 10

2.3 定子6槽磁通切换永磁电机的极对数配合形式 13

2.3.1 定子6槽/转子4极 13

2.3.2 定子6槽/转子5极 15

2.3.3 转子4极与转子5极的对比 17

2.4 本章小结 21

第三章 6槽/5极磁通切换永磁电机的优化 22

3.1 引言 22

3.2 设计目标 22

3.3 磁通切换电机的优化 23

3.3.1 定子轭厚度 25

3.3.2 永磁体宽度 27

3.3.3 定子齿宽度 30

3.3.4 转子齿宽度 32

3.4三维端部效应分析 35

3.5本章小结 37

第四章 磁通切换永磁电机与表贴式永磁同步电机的对比 39

4.1 引言 39

4.2 电机结构对比 39

4.3 电机性能对比 40

4.3.1 空载性能 40

4.3.2 加载性能 41

4.3.3 过载能力 43

4.4 本章小结 44

第五章 总结与展望 45

参考文献 47

致 谢 50

绪论

1.1 课题背景与意义

随着全球能源消耗量的与日俱增，并且随着我国经济的飞速发展，能源短缺问题已经成为我国和全球共同面临的一个刻不容缓急待解决的问题，在能源消耗占比中，汽车的能耗占了很大比重，发展能耗低的新型汽用电机便成了一个降低能耗的有效手段，所以出现了对电动汽车优化的研究热点，电动汽车驱动部分的优化对于能源结构调整和减少能耗都具有重大的应用意义^[1]。

新型汽车基于使用能源的结构可以分为电动/混动汽车，驱动电机作为新型汽车的核心部件，可以说它的性能很大部分代表了汽车的性能，电动汽车使用的驱动电机有感应电机，无刷直流电机，永磁电机，开关磁阻电机等，永磁电机因为其功率密度高，效率高等优点，被电动汽车行业广泛应用。所以驱动电机的优化大部分都是对永磁电机的优化，而目前转子永磁式电机被这个行业认可并且广泛应用^[2]。

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