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随着石油供应日趋紧张和环境问题的日益突出,各国汽车产业都面临着严峻的考验。电动汽车(Electric Vehicles,EVs)以其无污染、噪声低及节省石油资源的显著优点引起越来越多的关注。电动汽车的驱动系统主要有集中驱动和轮毂驱动两种,轮毂电机驱动因将动力、传动以及制动装置都整合在轮毂内,省去大量的机械部件,节省了车辆空间,是未来电动汽车驱动方式的主要发展方向之一。然而,轮毂电机的使用,必定会增加车轮的簧下质量,进而影响车辆行驶的平稳性与操控性。因此,研制集成度高、体积小、重量轻的高效率、高转矩密度轮毂电机驱动系统具有重要的意义。本文基于此背景,主要研究一种用于电动车的新型自减速永磁复合轮毂电机(Self-Decelerating PermanentMagnet in-Wheel motor-SDPMW)的优化设计。该电机基于磁齿轮的磁场调制原理,将高速内转子型轮毂电机的体积小、重量轻等优点与低速外转子型轮毂电机的结构简单、无减速机构、无齿轮磨损问题等优点相结合,提高了轮毂驱动电机的效率与转矩密度。 本文首先根据SDPMW电机的特殊性,采用解析法对电机的工作原理进行推导和分析,推导了转子极对数、调磁环块数以及定子极对数之间满足的数学关系式,建立了转子和定子电枢之间的转矩和转速的数学模型。同时采用有限元法对该电机进行仿真分析,通过对电机的气隙磁场、反电动势以及输出转矩等性能的分析,验证了电机工作原理的正确性。 其次,结合已有的电机方案,分析了该新型电机的调磁环厚度、永磁体宽度、导磁块宽度以及气隙长度等多个尺寸参数对于电机转矩、转矩密度、转矩波动以及功率因数的影响,在此基础上,以转矩密度为优化目标,采用APDL语言编程对电机尺寸参数的进行优化。 再次,在电机参数优化的基础上对电机的定转子极对数、永磁体的结构以及调磁环结构进行分析及优化,提出了一种单气隙聚磁型的电机结构,并对其性能进行了比较。 最后依据电动汽车的实际需求,优化设计了一台8 kW的新型SDPMW电机,包括主要尺寸的确定、极对数的选取等。同时利用Ansoft建立了电机的场路祸合仿真模型,验证了电机的动态性能。最后,制作一台样机以验证电机理论设计与分析的正确性。