新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)

【摘要】：當(dāng)今人類社會(huì)在石油資源匱乏、環(huán)境污染等嚴(yán)峻形勢(shì)下，各國(guó)汽車廠商正逐步向汽車電力化道路方向轉(zhuǎn)變，大力發(fā)展新能源汽車，這無疑是保證汽車動(dòng)力最可靠、最具可持續(xù)發(fā)展性的技術(shù)路線，同時(shí)也將促進(jìn)汽車工業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。對(duì)于新能源汽車來說，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的優(yōu)劣直接決定了新能源汽車性能的好壞。由于永磁同步電機(jī)具有鐵耗小，效率高，功率密度大，輸出轉(zhuǎn)矩能力高并且運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，對(duì)控制器要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，再加上我國(guó)稀土資源的優(yōu)厚條件，本課題選定以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)符合新能源汽車驅(qū)動(dòng)要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 目前新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)方法還不夠成熟，設(shè)計(jì)過程中還存在著許多瓶頸問題。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)分析方法和主要尺寸公式進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，并據(jù)此提出本課題新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的詳細(xì)分析設(shè)計(jì)步驟，求得了本課題電機(jī)主要尺寸及各類電磁參數(shù)初始值。 在上述解析計(jì)算的基礎(chǔ)上，借助RMxprt計(jì)算軟件及Maxwell電磁有限元分析軟件，建立本課題電機(jī)的初始仿真分析模型并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)電磁參數(shù)優(yōu)化微調(diào)，并以提高磁密及反電勢(shì)波形正弦度為目的設(shè)計(jì)了兩款新型不均勻氣隙的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。仿真分析結(jié)果表明此兩種新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)的氣隙磁密及反電勢(shì)波形正弦度較傳統(tǒng)均勻氣隙電機(jī)有較大提高，滿足新能源汽車電機(jī)控制器對(duì)波形及諧波率方面的要求。 利用電磁有限元分析軟件對(duì)本課題設(shè)計(jì)的兩款新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的性能進(jìn)行較為全面的仿真分析，結(jié)果表明此兩款電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩輸出能力高、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、鐵耗小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。并將此仿真性能與當(dāng)今國(guó)際上技術(shù)比較先進(jìn)并成熟的永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比數(shù)據(jù)表明本文設(shè)計(jì)電機(jī)相關(guān)性能接近成熟永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。 最后制造樣機(jī)，搭建試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行試驗(yàn)分析研究。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與軟件仿真數(shù)據(jù)比較表明，空載反電勢(shì)大小實(shí)測(cè)值與仿真值誤差在5%以內(nèi)，并且其諧波率不超過5.5%。綜合性能仿真及試驗(yàn)結(jié)果，表明本課題新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)較為合理并且能夠適用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 【關(guān)鍵詞】：新能源汽車 永磁同步電機(jī) 本體設(shè)計(jì) 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U469.7;U463.63
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題來源及研究的目的意義9-13
• 1.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 日本和韓國(guó)新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 歐美新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)方法研究21-29
• 2.1 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析21-23
• 2.2 永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法的分析23-24
• 2.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法研究24-28
• 2.3.1 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)24-25
• 2.3.2 主要尺寸公式的分析25-27
• 2.3.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)29-39
• 3.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)類型29-30
• 3.2 永磁同步電機(jī)的解析計(jì)算30-36
• 3.2.1 定轉(zhuǎn)子主要尺寸計(jì)算30-34
• 3.2.2 定子槽型主要尺寸計(jì)算34-35
• 3.2.3 永磁體尺寸計(jì)算35-36
• 3.2.4 繞組參數(shù)的研究36
• 3.3 永磁同步電機(jī)解析計(jì)算結(jié)果36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的優(yōu)化39-54
• 4.1 電磁仿真軟件介紹39-40
• 4.1.1 RMxprt 軟件工具介紹39
• 4.1.2 Maxwell 軟件工具介紹39-40
• 4.2 利用 RMxprt 對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化40-48
• 4.2.1 在 RMxprt 中生成永磁同步電機(jī)原型40-41
• 4.2.2 永磁體尺寸的優(yōu)化41-43
• 4.2.3 氣隙長(zhǎng)度 的優(yōu)化43-46
• 4.2.4 定子槽口寬度bs 0的優(yōu)化46-48
• 4.3 利用 maxwell 對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行分析改進(jìn)48-53
• 4.3.1 RMxprt 原型永磁同步電機(jī)48-50
• 4.3.2 新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)仿真分析與試驗(yàn)研究54-75
• 5.1 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)仿真分析54-61
• 5.1.1 仿真軟件精確度驗(yàn)證54-55
• 5.1.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)空載仿真分析55-58
• 5.1.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)負(fù)載仿真分析58-61
• 5.1.4 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩仿真分析61
• 5.2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)可行性驗(yàn)證分析61-66
• 5.2.1 電機(jī)本體主要尺寸及性能的對(duì)比62
• 5.2.2 電機(jī)反電勢(shì)對(duì)比62-63
• 5.2.3 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)比63-64
• 5.2.4 電機(jī)空載鐵耗對(duì)比64-65
• 5.2.5 電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)比65-66
• 5.3 新能源汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)樣機(jī)制造與試驗(yàn)研究66-74
• 5.3.1 樣機(jī)制造66-67
• 5.3.2 電機(jī)空載特性試驗(yàn)67-71
• 5.3.3 電機(jī)負(fù)載特性試驗(yàn)71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 致謝82

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