轴向磁场磁通切换型永磁电机的研究

突破传统轴向磁场永磁电机的束缚，提出一种全新定子永磁型轴向磁场磁通切换型永磁电机。电机采用双定子单转子结构，结构简单、紧凑、可靠，制造方便，功率密度和力能指标高，弱磁调节能力强。本项目研究其新型结构、设计原则、电磁特性和参数的准确计算方法，开展电机的电磁设计和优化设计，电机及控制系统稳态和瞬态仿真，电动机弱磁宽调速的矢量解耦控制和最优效率控制，构建以dSPACE为核心的硬件控制平台，制定满足不同性能要求的电机控制规律，进行实验研究，探索适用于定子永磁型轴向磁场永磁电机的普遍规律，凝练科学问题，为后续研究和应用奠定基础。该轴向磁场磁通切换型永磁电机的研制成功，将为电动汽车驱动系统提供新的备选方案，不仅具有重要的理论意义和学术价值，而且具有十分广阔的应用前景。

轴向磁场磁通切换型永磁电机(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet电机，简称AFFSPM电机)是一种新型结构的定子永磁型轴向磁场双凸极无刷电机。相比于传统转子永磁型轴向磁场电机，AFFSPM电机定子上装配有永磁体和集中式电枢绕组，转子结构特别简单、可靠，功率密度和力能指标高，AFFSPM电机由包含“U”形定子铁心、永久磁铁、集中电枢绕组和转子铁心的“单元”组合而成，制造方便。轴向磁场的簿型结构大大缩短了电机主磁路，弱磁扩速能力强，调速范围宽，在电动汽车等高性能驱动系统中具有很好的应用前景。项目提出了双定子、单转子和单定子、双转子两种新型AFFSPM电机结构，分析比较了AFFSPM 电机的结构与工作原理；基于三维有限元法，计算了AFFSPM电机的电磁参数和静态特性，对AFFSPM电机的设计参数和结构进行了优化；在此基础上，建立了AFFSPM电机的磁网络模型，并和有限元计算结果进行比较分析；并试制了AFFSPM电机样机，搭建了实验平台，设计开发了基于DSP全数字控制器，对AFFSPM电机调速控制技术和控制策略进行了试验研究。所得研究成果为该电机的进一步深入研究和开发应用奠定了理论基础。