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记忆电机是一种气隙磁场可控的新型永磁电机,不仅保持传统永磁电机高功率密度、高效率和结构简单等优点,而且其调磁方便灵活,且能实现永磁电机变极调速,在现代工业、交通与军事等领域具有广阔的应用前景。本文巧妙地将记忆电机、变极调速和分数槽集中绕组等概念结合起来,提出了分数槽集中绕组变极记忆电机(Fractional Slot Concentrated Winding Pole Changing Memory Machine,FSCW-PCMM),并深入研究其变极机理、运行原理、电磁设计方法、电磁特性分析和变极调速技术等,有望为工业界提供一种真正高效宽调速的永磁电机,因而本文研究工作具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在全面分析PCMM国内外研究现状基础上,研究此类电机的变极机理,并分析分数槽集中变极绕组连接方式、混合永磁PCMM齿槽转矩,据此提出了不改变绕组连接方式(简称不变绕组)的FSCW-PCMM。设计了一台9槽6/2极FSCW-PCMM样机,以变极前后齿槽转矩最小为目标对其局部尺寸进行优化,对优化后的样机进行电磁特性分析和损耗计算,并通过多物理场耦合的方法验证其电磁设计合理性与可靠性。论文主要研究工作和取得成果如下:(1)介绍课题的研究背景和意义,全面阐述和分析记忆电机、PCMM和FSCW国内外研究现状。(2)分析PCMM变极机理和运行原理,深入研究FSCW变极前后的连接方法,包括反接法、移相法和混合法。分析FSCW变极前后的绕组系数和磁动势,为FSCW-PCMM极槽配合选取提供依据,并推导混合永磁PCMM齿槽转矩计算公式。(3)根据变极比变化规律,提出转子和定子永磁型FSCW-PCMM。给出不变绕组FSCW-PCMM极槽配合极槽约束方程,并对不同极槽配合与绕组连接方式可实现8/4变极的分数槽PCMM进行研究,分析其电磁特性。提出分数槽PCMM极相调制概念,进一步扩大其速度范围。(4)通过对比分析传统永磁电机拓扑在变极前后的磁路特点,提出适合PCMM的电机拓扑结构。推导PCMM尺寸方程,综合运用磁路法和有限元法完成9槽6/2极FSCW-PCMM电磁设计,并组合Taguchi数组、响应曲面法和遗传算法对变极前后的齿槽转矩进行优化,计算其电磁特性。(5)计算分析9槽6/2极FSCW-PCMM的各种损耗,采用多物理场耦合方法计算分析变极前后的温度、应力和变形分布,验证其电磁设计设计合理性与可靠性。(6)推导PCMM定子坐标系下和转子坐标系下的数学模型,基于MATLAB/Simulink建立其变极运行仿真模型,分析恒速和恒频变极前后电磁特性变化规律,并进行实验验证。