五相双定子永磁同步电机的优化设计与分析

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1、五相双定子永磁同步电机的优化设计与分析李景琪2015年1月中图分类号：TM351UDC分类号：621.3五相双定子永磁同步电机的优化设计与分析作者姓名李景琪学院名称自动化学院指导教师赵静答辩委员会主席刘向东教授申请学位工学硕士学科专业电气工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月OptimizationDesignandAnalysisofaFive-PhaseDouble-StatorPermanentMagnetSynchronousMotorCandidateName：Jingqi

2、LiSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:ZhaoJingChair,ThesisCommittee：Prof.XiangdongLiuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ElectricalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015北京理工大学硕士学位论文摘要电动汽车以其节约能源、低污

3、染的优势已经得到越来越多学者的关注，因而对应用于电动汽车的电机的研究也陷入热潮。电动汽车对其驱动电机的要求主要表现为：高转矩密度、高可靠性及宽的调速范围。目前单定子电机对转矩密度的提升有一定的限制，而三相永磁同步电机不能满足电动车对高可靠性的需求。因此，本文针对电动汽车对驱动电机高转矩密度、高可靠性的需求，设计了五相双定子永磁同步电机（Double-StatorPermanentMagnetSynchronousMotor，DSPMSM），并对电机的转子结构，转矩性能，容错能力等方面进行了分析研究。

4、首先，介绍了五相DSPMSM的电磁结构，并根据内外定子磁通分配关系对转子结构进行分类。从电感特性、气隙磁密和等效磁路的角度分析不同转子结构对内外定子耦合程度的影响，对比总结不同转子结构的优缺点，为下文转子结构的设计选择奠定基础。为实现对五相DSPMSM的高精度控制，建立了可以全面反映五相DSPMSM电磁、机电关系的数学模型。然后，针对五相DSPMSM转子结构设计的问题，对单层永磁体串联磁路转子结构和双层永磁体串联磁路转子结构的电磁性能做出对比分析。本文在传统单层永磁体串联磁路转子结构的基础上提出一种

5、新型的转子结构，该新型转子结构在电磁性能方面较传统单层永磁体串联磁路转子结构具有很强的优越性，且与双层永磁体串联磁路转子结构相比，该新型转子结构具有更大的转矩密度。进而，对五相DSPMSM在不同连接方式下发生少数相开路故障时的转矩特点予以分析，得到五相DSPMSM在发生一相或两相开路故障时，只要合理采取补救措施，电机就可以在不停机的情况下继续平稳运行，验证了本文设计的DSPMSM具有很强的容错能力。通过与五相单定子电机和三相双定子电机的性能进行对比，得出五相双定子永磁同步电机具有高转矩密度、高可靠性

6、的优势。最后，针对采用双层表贴式串联磁路转子结构的五相DSPMSM空载反电势趋于平顶波进而降低电机控制精度的问题，通过采用改变极弧系数，偏心，削角及磁极分段的方法对电机空载反电势做出优化，减小电压畸变率。关键词：五相；双定子；容错；永磁同步电机；优化；裂比；不等齿宽I北京理工大学硕士学位论文AbstractElectricvehicleswithadvantagesofenergy-saving,lowpollutionhasattractedmoreandmoreattentionofschola

7、rs,sothestudiesofthemotorsusedinelectricvehiclesfellintotheboom.Themainrequirementsofthedrivemotorforelectricvehiclesarehightorquedensity,highreliabilityandwidespeedrange.Nowadays,single-statormotorhasrestrictionsontheincreaseoftorquedensity,whiletheth

8、ree-phasepermanentmagnetsynchronousmotorcan’tsatisfythedemandforhighreliability.Therefore,thispaperdesignedafive-phasedouble-statorpermanentmagnetsynchronousmotor(DSPMSM),whichwithhightorquedensityandhighutilizationrateofthespace,butals