摘 要

随着社会的发展，科技的进步，能源问题如今已显得越来越严重。对于电机行业来说，选择出一款既能满足需求，又能达到高效低能耗的电机，显得尤为重要。

本文提出了一种新型轴向磁通永磁游标电机，分析了轴向磁通永磁游标电机磁场调制的原理，建立了轴向磁通永磁游标电机的二维模型与三维模型。借助软件分别对电机的二维模型进行了仿真与优化设计，对三维模型进行了仿真分析。并将二维优化结果与三维仿真结果进行了对比分析，结果表明两者差距不大，从一定程度上验证了电机模型的正确性。本文将所提出的轴向磁通永磁游标电机应用到了轮毂电机系统上，初步设计出了轴向磁通永磁游标轮毂电机系统的总体结构，这使得直驱轮毂电机驱动系统在选择驱动电机上又有了新的选择，对于电机的发展有着深远意义。

关键词: 轴向磁通；永磁游标电机；有限元分析；参数化设计

Abstract

With the development of society, technological progress, energy problems are now becoming more and more serious. For the motor industry, choose a both to meet the demand, but also to achieve high efficiency and low power consumption of the motor, it is particularly important.

In this paper, a new type of axial flux permanent magnet vernier motor is proposed. The principle of magnetic field modulation of axial flux permanent magnet vernier motor is analyzed. The two-dimensional model and three-dimensional model of axial flux permanent magnet vernier motor are established. The two - dimensional model of the motor is simulated and optimized, and the three - dimensional model is simulated and analyzed. The results of two - dimensional optimization and three - dimensional simulation are compared and analyzed. The results show that the difference between the two is not significant, and the correctness of the motor model is verified to a certain extent. In this paper, the proposed axial flux permanent magnet vernier motor is applied to the hub motor system, and the overall structure of the axial flux permanent magnet vernier hub motor system is designed, which makes the direct drive wheel motor drive system select the drive motor on the new choice, for the development of the motor has great significance.

Key Words：axial flux; permanent magnet vernier motor; finite element analysis; parametric design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题来源以及研究意义 1

1.2 国内外轴向磁通永磁游标电机的发展及研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第2章 轴向磁通永磁游标电机及其基本原理 4

2.1 轴向磁通永磁游标电机拓扑结构 4

2.2 磁场调制原理 5

2.2.1 永磁齿轮的拓扑结构 5

2.2.2 磁齿轮磁场调制原理 6

2.2.3 永磁游标电机 7

2.3 本章小结 8

第3章 轴向磁通永磁游标电机初步设计 9

3.1 电机性能指标及分析 9

3.2 电机基本尺寸 9

3.3 电机极槽数配合与定子槽设计 10

3.4 绕组选择 11

3.5 轴向磁通永磁游标电机参数确定 11

3.6 本章小结 12

第4章 轴向磁通永磁游标电机的二维仿真及优化设计 13

4.1 轴向磁通永磁游标电机二维仿真 13

4.2 参数优化 17

4.2.1 参数优化 17

4.2.2 参数优化 18

4.2.3 参数与优化 20

4.3 轴向磁通永磁游标电机优化结果 22

4.4 本章小结 24

第5章 轴向磁通永磁游标电机的三维仿真及分析 25

5.1 轴向磁通永磁游标电机三维仿真 25

5.2 轴向磁通永磁游标电机二维、三维仿真结果分析 27

5.3 本章小结 27

第6章 轴向磁通永磁游标轮毂电机总体结构设计 28

第7章 全文总结及展望 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 课题来源以及研究意义

随着科技的进步，经济的发展，我国汽车的保有数量一直在稳定增加。而随之而来的大气污染、能源消耗、全球变暖等问题也越来越严重。这些环境问题对人们的生活已产生了重大影响。因此，为了减少污染物质，降低不可再生能源的消耗，提高能源的利用率，电动汽车的研发已刻不容缓。电动汽车能实现超低甚至于无的尾气排放，能高效化的利用能源，能实现智能化控制，在如今各国的汽车行业中，已呈现出高速发展的趋势，备受各国政府的重视。

轮毂驱动是一种新型的驱动方式，也被称为轮式驱动。与其他电力驱动系统相比，轮毂驱动省掉了传统意义上的差速器、变速器、主减速器、离合器等传动装置。它是将驱动电机直接安装在了汽车的车轮中，驱动电机与车轮轮毂直接相连，对电动汽车的结构进行了大大的简化。由于省掉了部分传动系统，其传动效率也得以提高。相比于其他的驱动系统，轮毂驱动优势明显，因此，轮毂驱动正日益成为电动汽车的主流驱动系统^[1]。

采用轮毂电机驱动后，汽车没有了传统机械传动装置的设计约束，这给电动汽车带来了很多优点^[2]。电动汽车采用轮毂电机驱动后，减轻了汽车本身的自重，减掉了复杂的变速箱、离合器、差速器等许多传动装置，不仅使汽车系统得到了简化，还使得汽车能更为轻量化。采用轮毂电机驱动，大大减小了动力传递过程中的路径，不仅使得对驱动轮的控制更为容易，更提高了传动效率，有助于达到高效低耗的目的。采用轮毂电机驱动，汽车的底盘的机械结构会减少，汽车的机械噪声会降低，汽车的乘坐舒适性也会提高，从人文方面考虑，这对电动汽车的推广能起到极好的效果^[2-4]。