摘要：由于电力电子技术的不断进步及永磁材料的发展，双凸极永磁电机(Doubly Salient Permanent Magnet Motor，DSPMM)作为一种新型的可控交流调速系统在上世纪九十年代出现，各方学者针对此进行了大量的研究，提出了各种结构形式的双凸极永磁电机设想，以及双凸极电励磁电机。

本文在现有双凸极电机研究成果的基础上，综合理论分析和试验验证的手段，设计了双凸极电机系统参数并对其进行了优化。 

双凸极永磁电机有结构简单、易于维护，调速范围广，功率密度高等优势。在工业生产、航空航天、汽车制造领域获得广泛应用。但 DSPMM 处于低速工作状态时会产生较大的转矩脉动由此制约电机运行性能。一方面，由于 DSPMM 属于双凸极结构，当电机定、转子凸极面相互进入重合区域时，此时电机气隙长度瞬间变短，导致边缘磁场效应产生及气隙磁场能量突变，从而使电机的矩角特性在该过程中产生转矩骤变，使合成转矩输出波形有较大波动；另一方面，在传统控制策略作用下，DSPMM 受非线性因素的影响势必会导致电机正常稳态运行转矩脉动大。尤其当电机换向时，前一相关断后电磁转矩不再产生，而后一相开通未能立刻产生转矩而造成其波形上下波动。究其两方面本文提出以下设计方案：

（1）针对DSPMM定、转子凸极结构周期性重合产生的边缘磁通效应引发的电机转矩脉动问题，提出改变转子极弧宽度和定子气隙侧齿极面结构的方法，通过优化结构参数并分析电机定转子重合齿极边缘的电机气隙磁密的分布，阐明削弱DSPMM转矩脉动方案的可行性。

（2）采用定子齿两侧楔形冲槽的方法来改善电机磁力线分布，分别优化冲槽深度、宽度及齿顶高度，获得最优冲槽大小和冲槽位置。仿真计算后得到 DSPMM 边缘气隙磁密径向分量有所减小，切向分量明显增大。与原始DSPMM相比，冲槽后的转子齿结构在减小转矩脉动的同时平均转矩也得到提高。

关键词：双凸极电机永磁，ANSYS/Maxwell，结构设计，电磁设计，转矩

目 录

摘 要

ABSTRACT

第一章 绪  论-1

1.1 课题研究意义及发展趋势-1

1.2 国内外研究现状-2

1.2.1 国外研究现状-3

1.2.2 国内研究现状-4

1.3 双凸极结构电机转矩脉动抑制策略研究现状-5

1.3.1基于电机本体结构设计的转矩脉动抑制-6

1.3.2基于电机控制策略的转矩脉动抑制-7

第二章 DSPMM电机的理论分析-11

2.1 双凸极永磁电机的基本结构及其工作原理-11

2.1.1 DSPMM电机的基本结构-11

2.1.2 DSPMM电机工作原理-12

2.1.3 DSPMM电机的特点-13

2.2 DSPMM电机相关方程推导-13

2.2.1 电动势平衡方程式推导-16

2.2.2 磁链方程式推导-16

2.2.3 转矩方程式推导-16

2.2.4 机械运动方程式-16

2.3 本章小结-16

第三章 预设计电机结构设计及主要尺寸确定-17

3.1 DSPMM电机整体结构的特点-17

3.2  DSPMM电机电磁结构设计-18

3.2.1 电磁负荷设计-18

3.3 DSPMM电机的尺寸设计-18

3.4 DSPMM样机结构参数-22

3.5 本章小结-23

第四章 双凸极永磁电机磁场分析-24

4.1 ANSYS软件介绍-24

4.1.1 本设计ANSYS分析步骤-24

4.1.2 有限元理论-25

4.2 DSPMM样机磁场分布-25

第五章 DSPMM样机结构参数的优化-31

5.1 DSPMM电机结构优化-31

5.2 结构优化仿真结果分析-37

5.3 冲槽参数优化-40

5.4 冲槽参数优化仿真结果分析-44

5.4.1 磁场分析-44

5.4.2 径向力波分析-45

5.5 本章小结-46

第六章 总结与展望-47

6.1本文的主要工作与创新点-47

6.2 后续研究展望-47

参考文献-49

致  谢-51