纯电动汽车用永磁同步电动机设计及弱磁扩速分析

【摘要】：在能源和环境问题日益突出的今天,全社会发展低碳经济的呼声已经延伸到汽车行业,当今社会对节能和环保的要求正促进着电动汽车的发展,特别是纯电动汽车作为最为清洁的能源汽车将成为我国新能源汽车发展的主要方向。驱动电机是纯电动汽车要研究的关键技术之一,纯电动汽车要求其驱动电机具有高效率、宽调速、高过载能力等优点,本文的研究工作就是设计一种满足纯电动汽车的技术性能要求的高性能电动机。 本文首先阐述了研究纯电动汽车的重要性和电动汽车驱动电机的国内外发展现状,通过比较各种类型驱动电机的优缺点,选择最能满足纯电动汽车性能要求的内置式永磁同步电动机,然后介绍了永磁同步电动机的结构特点和工作原理,依据纯电动汽车用驱动电机的设计任务书提供的主要性能指标和技术要求,对电机进行本体设计,并给出电磁计算程序和算例分析。 本文针对纯电动汽车驱动电机高过载能力、宽调速范围的要求,特别设计水冷的冷却方式,在定子铁心与电机外壳之间设置循环水道,以有效地带走热量,达到比传统冷却方式更好的降温效果,从而使得导线的电流密度最大允许值增大,进而使得电动机的弱磁调速范围增大。 对设计的样机建立二维有限元模型,采用有限元方法进行电磁场数值计算及仿真分析,得到样机空载及负载运行时的气隙磁密曲线,得出直轴电枢反应对主磁场的去磁作用,并且进一步从控制特性上分析了电机的弱磁扩速性能,以满足电机宽调速范围的技术要求。 【关键词】：纯电动汽车 永磁同步电动机 有限元方法 弱磁扩速
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM341
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 电动汽车用驱动电机的国内外发展及研究现状9-12
• 1.1.1 电动汽车用驱动电机的国内发展现状10-11
• 1.1.2 电动汽车用驱动电机的国外发展现状11-12
• 1.2 本课题研究的意义12
• 1.3 课题的研究任务和主要工作12-14
• 第二章 纯电动汽车用永磁同步电动机的结构特点及工作原理14-24
• 2.1 纯电动汽车用驱动电机的类型及选择14-17
• 2.1.1 直流电动机14
• 2.1.2 异步电动机14-15
• 2.1.3 稀土永磁同步电动机15
• 2.1.4 开关磁阻电动机15-16
• 2.1.5 纯电动汽车用驱动电机类型选择16-17
• 2.2 绕组选型17-18
• 2.2.1 分数槽绕组和普通绕组的性能比较及选型17-18
• 2.2.2 单层绕组和双层绕组的性能比较及选型18
• 2.2.3 绕组形式选择18
• 2.3 纯电动汽车用永磁同步电动机的结构特点18-19
• 2.4 纯电动汽车用永磁同步电动机的工作原理19-20
• 2.5 永磁同步电动机的dq 轴数学模型20-24
• 第三章 纯电动汽车用永磁同步电动机的设计分析24-41
• 3.1 主要性能指标及技术要求24-25
• 3.1.1 主要性能指标24
• 3.1.2 技术要求24-25
• 3.2 永磁同步电动机的电磁设计25-31
• 3.2.1 永磁同步电动机的电磁设计简介25
• 3.2.2 定子绕组和铁心的设计25-26
• 3.2.3 转子磁路的设计26-28
• 3.2.4 永磁材料的选择28-29
• 3.2.5 永磁体尺寸的设计29-30
• 3.2.6 隔磁措施30-31
• 3.3 纯电动汽车用永磁同步电动机的水冷设计31-32
• 3.4 永磁同步电动机电磁计算程序32-33
• 3.5 纯电动汽车用永磁同步电动机样机算例分析33-41
• 3.5.1 样机设计的主要参数33
• 3.5.2 样机结构参数对运行性能的影响33-34
• 3.5.3 样机算例分析34-41
• 第四章 纯电动汽车用永磁同步电动机电磁场有限元分析41-56
• 4.1 永磁同步电动机有限元分析方法41-43
• 4.1.1 有限元分析方法简介41-42
• 4.1.2 有限元方法在永磁同步电动机电磁场分析中的应用42-43
• 4.2 电磁场基本理论43-45
• 4.3 有限元方法在纯电动汽车用永磁同步电动机设计及分析中的应用45-48
• 4.3.1 纯电动汽车用8 极9 槽永磁同步电动机建模45-46
• 4.3.2 定义材料属性46-47
• 4.3.3 定义边界条件和激励源47-48
• 4.3.4 模型的网格剖分48
• 4.4 基于FEM 的空载磁场有限元分析48-52
• 4.4.1 气隙磁密分析48-50
• 4.4.2 永磁同步电动机空载反电动势的计算50-51
• 4.4.3 空载漏磁系数和计算极弧系数的计算51-52
• 4.5 基于FEM 的负载磁场有限元分析52-56
• 第五章 基于FEM的纯电动汽车用永磁同步电动机弱磁扩速分析56-62
• 5.1 永磁同步电动机弱磁扩速原理56-57
• 5.2 纯电动汽车用永磁同步电动机弱磁扩速分析57-60
• 5.3 纯电动汽车用永磁同步电动机工作特性分析60-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-67
• 硕士期间发表论文和参加科研情况的说明67-68
• 致谢68

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