【摘 要】
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与径向磁通永磁电机相比,轴向磁通永磁电机使用的磁芯材料更少,具有更高的转矩密度与效率,其适合应用于轴向尺寸较紧凑、高转矩密度的需求场合。随着新型磁性材料的发展,软磁复合材料（Soft Magnetic Composite materials,SMC）作为一种新型磁性材料在应用于电机设计时具有三维磁通特性、高频损耗低等优点。本文结合轴向磁通永磁电机的结构特点和SMC材料优点,设计了一种具有三维磁通路
【基金项目】
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河北省高等学校青年拔尖人才计划项目（BJ2018037）； 河北省自然科学基金委员会青年项目（E2019202220）；
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与径向磁通永磁电机相比,轴向磁通永磁电机使用的磁芯材料更少,具有更高的转矩密度与效率,其适合应用于轴向尺寸较紧凑、高转矩密度的需求场合。随着新型磁性材料的发展,软磁复合材料（Soft Magnetic Composite materials,SMC）作为一种新型磁性材料在应用于电机设计时具有三维磁通特性、高频损耗低等优点。本文结合轴向磁通永磁电机的结构特点和SMC材料优点,设计了一种具有三维磁通路径的高功率密度高效率电动汽车用轴向磁通永磁电机,该电机具有结构紧凑、聚磁性能好等优点。针对轴向磁通永磁电机的电感较小进而导致其恒功率调速范围较低这一缺点,本文同时提出了一种应用于轴向磁通永磁电机的新型机械弱磁方法,并对其进行深入研究。针对本文所设计的新型轴向磁通永磁电机:首先建立其磁路模型,详细描述其电机拓扑结构,确定其具体尺寸及材料选型,建立其有限元模型对其静磁场进行分析,验证其聚磁性能。并以相同体积的定子无轭电枢分块轴向磁通永磁电机作为比较标准进行对比研究。针对上述两种类型的电机分别采用钕铁硼永磁体和采用铁氧体永磁体的电机模型进行比较分析。其次,针对所建立的四种电机模型进行参数优化,比较四种电机平均转矩受定子绕组、定子靴、定子齿尺寸的影响,以及转矩比重量、转矩比材料成本受永磁体尺寸的影响,最终使电机获得较高的转矩密度。最后,通过有限元仿真方法对本文所研究的四种电机的性能进行比较分析,包括电机的永磁磁链、反电动势、转矩、功率因数、损耗和效率等。针对本文所提出的机械弱磁结构:首先,对所提出的应用于单定子单转子电机的机械弱磁装置建立磁路模型,证明该机械弱磁装置弱磁调速的可行性;其次,说明了电机的拓扑结构、尺寸及材料选择,并通过有限元仿真软件对所建立的两种极槽比的电机模型进行静磁场仿真,验证了所设计电机具有较好的弱磁调速性能。最后,对本文所研究的两种极槽比电机的性能进行比较分析,包括电机的永磁磁链、反电动势、电感、调速性能、转矩、损耗和效率等。
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