混合动力汽车驱动用永磁同步电机的研究

【摘要】：永磁同步电机以其高效率,高功率密度的特点,成为目前混合动力汽车驱动电机中最有优势的电机类型,具有广阔的应用前景。 与此同时,为了实现混合动力汽车动力性能和能源利用方面的要求,电机应具有良好的功率和效率特性,这使得混合动力汽车驱动用永磁同步电机在电机设计,参数计算以及相关关键技术的研究和应用方面还存在着许多需要改进的方面,如整个工作区域内多工作点的效率优化,提高弱磁扩速能力和峰值功率能力等,这些都与传统的电机设计和性能优化存在很大的不同。而现阶段,这些问题还没有得到合理而全面的解决,制约了混合动力汽车驱动用永磁同步电机的发展。 本论文主要就混合动力汽车驱动用永磁同步电机的参数计算以及提高性能的设计方法展开研究。 针对不同磁路结构的永磁同步电机模型,采用有限元仿真的方法,计算了矩角特性,在此基础上提出了磁阻转矩分析及电抗参数计算方法,并依此进行了磁路结构的选取。 推导了恒功率区功率特性的数学表达式,分析了定子齿槽比变化对交轴同步电抗的影响,从优化交轴磁路饱和程度的角度提出了提高弱磁扩速能力的具体措施。提出了一种解析和有限元仿真相结合的确定转子偏心结构的方法,分别分析了偏心距、偏心圆半径以及极弧系数的变化对气隙磁密正弦性的影响,将多变量解耦分析,得到了各次谐波含量的变化规律。 从电机本体的角度分析了绕组温升,永磁体稳定性等因素对电机峰值功率能力的制约,根据分析结果提出了改进永磁同步电机峰值功率能力的措施。 通过分析永磁同步电机的似V形曲线,从效率优化的角度提出了电机设计时空载反电势的选取方法。总结了适合不同工作点效率分析的损耗计算公式,提出了高效率区间位置和范围的评价指标,在此基础上分析了基速点移动对高效率区间的影响。采用上述的电机设计方法,结合相关关键技术的理论分析设计并制造了样机,搭建了试验台架,对电机的电抗参数,效率MAP图,温升,转矩波动等进行了测试,通过理论分析结果,仿真结果和测试结果的对比,验证了上述分析的正确性。 【关键词】：混合动力汽车 永磁同步电机 电机设计 参数计算 弱磁扩速 高效率区
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-23
• 1.2.1 混合动力汽车驱动用电机的研究现状10-13
• 1.2.2 混合动力汽车用永磁同步电机的研究现状13-23
• 1.3 本课题主要研究内容23-25
• 第2章 电抗参数计算方法与弱磁扩速能力的研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 基于矩角特性的磁阻转矩分析及电抗计算方法25-30
• 2.2.1 基于有限元的矩角特性曲线计算方法26-28
• 2.2.2 磁阻转矩的计算方法28-29
• 2.2.3 直交轴同步电抗的计算方法29-30
• 2.3 恒功率特性的研究30-32
• 2.4 通过优化齿槽比改善弱磁扩速能力的探讨32-36
• 2.5 电抗计算方法的试验验证36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 气隙磁密波形优化与峰值功率能力的研究39-59
• 3.1 引言39-40
• 3.2 采用转子偏心结构的气隙磁密优化方法40-49
• 3.2.1 偏心距和偏心圆半径的变化对气隙磁密正弦性的影响40-43
• 3.2.2 极弧系数的变化对气隙磁密正弦性的影响43-47
• 3.2.3 仿真及试验验证47-49
• 3.3 永磁同步电机峰值功率能力分析49-57
• 3.3.1 温升限度对峰值能力的影响49-51
• 3.3.2 永磁同步电机温度场仿真51-55
• 3.3.3 电枢磁场对峰值功率能力的影响55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 高效率区域的可控性移动研究59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 电机设计时空载反电势的选取原则59-61
• 4.3 电机各项损耗的计算方法61-66
• 4.3.1 电机各项损耗的计算方法61-64
• 4.3.2 效率特性分析中的若干假设64-66
• 4.4 基速点移动时高效率区的变化规律66-72
• 4.4.1 高效率区域的评价指标67-69
• 4.4.2 基速点移动对高效率区间的影响69-72
• 4.5 效率特性的试验验证72-74
• 4.6 本章小结74-75
• 结论75-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80-82
• 致谢82

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