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  文章標題:起動/助力/發(fā)電一體化新型永磁電機
回復文章
作者:bellcn88  發(fā)表時間:2010-3-10 20:13:35
起動/助力/發(fā)電一體化新型永磁電機
    計算機輔助設計
    貢亞麗1,王文明2,張好明1
    (1.蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院,蘇州215021;
2蘇州工業(yè)園區(qū)松下電器研究開發(fā)(蘇州有限公司),蘇州215123)
摘要:起動/助力/發(fā)電一體化系統(tǒng)汽車系統(tǒng)要求電機高效,高功率密度,低脈動轉(zhuǎn)矩。Hal—bach電機是一種新型永磁電機。獨特的永磁體結(jié)構(gòu)不僅使其磁極磁場呈正弦分布,而且還可以增加氣隙磁通密度,削弱轉(zhuǎn)子軛部磁通密度,這使得在提高電機的功率密度的同時,又可以減小電機的體積,提高電機的效率。首先編寫了Halbach電機和普通永磁同步電機設計軟件,然后利用ANSYS自帶語言編寫了兩種電機的有限元分析軟件,在此基礎上對所設計的Halbach電機和普通永磁電機進行了研究。樣機實驗數(shù)據(jù)證明Ha[bach電機在一體化系統(tǒng)中的優(yōu)越性。
關鍵詞:起動/助力/發(fā)電一體化系統(tǒng);Halbach陣列;永磁電機;有限元分析;電機設計;實驗
O引  言
    在普通燃油汽車驅(qū)動系統(tǒng)中,起動及發(fā)電功能分別由起動電機和發(fā)電機兩個獨立的子系統(tǒng)完成,往往需要獨立地研制、優(yōu)化、裝配和維護。實際上,起動電機只在起動汽車發(fā)動機時工作,發(fā)動機運轉(zhuǎn)至怠速以上就和發(fā)動機脫離并停止工作,而發(fā)電機在發(fā)動機運轉(zhuǎn)之后才開始工作。這兩套機組工作時間并不重疊,造成了系統(tǒng)利用率的下降,并增加了器件所占用的體積。起動/助力/發(fā)電一體化系統(tǒng)(Integrated Started AlternatorDamper System,簡稱ISAD系統(tǒng))是近年來應用于汽車架構(gòu)中的一種新技術(shù),可以很好地克服上述缺點。
  該系統(tǒng)除了提供附加的起動/停止功能,實現(xiàn)發(fā)動機的即起即停,避免怠速工況,還能使再生制動成為可能。系統(tǒng)再生制動時將獲取汽車制動時產(chǎn)生的能量,通過直流變換器幫助能量吸收系統(tǒng)充電,而此能量又可以在汽車起動和加速時通過直流變換器向汽車提供能量,在需要的時候還可以對發(fā)動機扭矩進行助力,使得系統(tǒng)工作效率更高,輸出電能更大,明顯地減少了汽車能量的消耗、尾氣排放和噪音[1]。在這個系統(tǒng)當中,由于能量的頻繁交換,則對電機提出了較高的要求。
    異步電機體積笨重,而且無論低速還是高速,其效率都很難滿足高效混合動力系統(tǒng)要求;開關磁阻電機體積和脈動轉(zhuǎn)矩較大,噪聲較大;傳統(tǒng)稀土永磁電機雖然體積較小,低速時效率很高,但在高速運轉(zhuǎn)時受轉(zhuǎn)子渦流損耗影響導致效率大大降低,很難滿足系統(tǒng)高效要求。在這種情況下,尋求一種新型電機是非常重要的。
1 HaIbach電機
    IsAD系統(tǒng)和Halabch電機結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。
相對于普通永磁同步電機,Halbach電機具有以下優(yōu)點:
  ①正弦磁極磁場。HaIbach電機****的特點就是其磁極磁場呈正弦分布。這一點是由其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。一般情況下,在永磁電機中,永磁材料都是離散分布,如果改變磁鐵的分布而形成平面集中分布的話,便得到了Halbach平面陣列。圖3是利用有限元分析后得到的平面H aIbach陣列的磁場分布圖。
    如果改變永磁材料的分布而形成環(huán)面分布的話,便得到了Halbach陣列。
    Halbach列在柱坐標系可表示為:
    θm=(1 p)8    (1)
式中, 為永磁體每點磁化方向;目為任何一點離開極軸的角度;p為電機的極對數(shù);“+”外轉(zhuǎn)子時使用;“一”內(nèi)轉(zhuǎn)子時使用
式中,為徑向單位矢量;e0為切向單位矢量。
  如果把每極永磁體均分為n個寬度相等且為無窮小的永磁體系列,取n個永磁體系列的徑向分解值,則這些分解值疊加可以組成一個正弦磁場。此正弦磁場有利于減少電機的磁場諧波,改善電機的轉(zhuǎn)矩性能。
    ②氣隙磁通密度大。Halbach陣列的另一特點也可以從圖3的有限元分析中看出:磁極磁場的大小在永磁材料的一邊大幅度提高的同時,而在另一邊卻大幅度地降低,形成了一種特殊的單邊磁場,如果在永磁電機設計中利用其這一特點,使得在永磁材料體積不變的條件下,電機氣隙磁通密度增大,則有利于減少電機的體積,符合ISAD汽車

 

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