弱混合動力汽車新型混合勵磁BSG電機研究

【摘要】：國內(nèi)外汽車廠商普遍采用爪極電機作為BSG系統(tǒng)中的電機，爪極電機具有良好的氣隙磁場調(diào)節(jié)能力、低成本等優(yōu)點，同時也存在一些問題，如功率密度低，輸出效率低等。為了提高傳統(tǒng)爪極電機的效率，本文提出了一種新型混合勵磁BSG電機，這款BSG電機不僅具有較高的功率密度和效率，而且能夠很好地解決BSG電機高速發(fā)電時的過壓安全問題，是BSG電機的一個重要發(fā)展方向。本文的新型混合勵磁BSG電機拓撲結(jié)構(gòu)是由法國格勒諾布爾電力電氣實驗室的學(xué)者提出，這種電機的氣隙磁場由切向充磁的永磁體和轉(zhuǎn)子上的直流勵磁繞組共同產(chǎn)生。安裝了電刷和滑環(huán)為勵磁繞組供電，通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小可以方便地調(diào)節(jié)電機的氣隙磁場，不存在高速時電機失控后反電勢超過安全電壓和永磁體發(fā)生不可逆退磁的問題，具有弱磁能力強、弱磁控制容易實現(xiàn)、鐵耗小等特點。它繼承了電勵磁同步電機優(yōu)點的同時，克服了它們的缺點。 本文首先介紹了新型混合勵磁BSG同步電機的基本結(jié)構(gòu)，重點分析了電機的調(diào)磁原理和調(diào)磁特性，利用Maxwell2D軟件對三種不同極/槽配合的BSG電機進行了優(yōu)化設(shè)計與比較分析。通過比較其氣密磁場波形，發(fā)電性能和轉(zhuǎn)矩特性，最終選擇12極36槽作為所需的極槽配合。通過仿真比較，得到12極36槽比較合理的永磁和電勵磁組合比例。通過在轉(zhuǎn)子上添加補償磁塊，使BSG電機的電壓輸出能力和轉(zhuǎn)矩輸出能力得到提升。通過解析法和有限元法對BSG電機的參數(shù)進行了分析，得出d軸和q軸同步電感隨電樞電流變化的規(guī)律。利用Ansys對BSG電機的溫度場和應(yīng)力場進行三維有限元仿真分析。試制了一臺1.8kW新型混合勵磁BSG同步電機樣機。介紹了樣機的制作過程，并對樣機分別進行了空載發(fā)電，負載發(fā)電和負載電動實驗，驗證了其發(fā)電時的寬范圍調(diào)磁能力和啟動時良好的轉(zhuǎn)矩能力。 【關(guān)鍵詞】：混合勵磁BSG電機 電磁優(yōu)化設(shè)計 多領(lǐng)域仿真 現(xiàn)場試驗
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U469.7;TM359.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 微混合動力汽車 BSG 系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀8-13
• 1.1.1 車用 BSG 系統(tǒng)的特點8-10
• 1.1.2 BSG 系統(tǒng)在國外的應(yīng)用10-11
• 1.1.3 BSG 系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用11-13
• 1.2 BSG 電機選型及同步電機的控制策略13-15
• 1.2.1 BSG 電機選型13-14
• 1.2.2 BSG 電機的控制策略14-15
• 1.3 電機多領(lǐng)域聯(lián)合仿真技術(shù)的發(fā)展15-16
• 1.4 本文研究對象和研究內(nèi)容16-18
• 第2章 新型混合勵磁 BSG 電機的優(yōu)化設(shè)計18-47
• 2.1 新型混合勵磁 BSG 電機概述18-24
• 2.1.1 永磁同步電機的典型結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.2 轉(zhuǎn)子磁分路徑向磁鋼與切向磁鋼 HESM 的提出19
• 2.1.3 新型混合勵磁 BSG 電機的基本結(jié)構(gòu)與運行原理19-21
• 2.1.4 新型混合勵磁 BSG 電機調(diào)磁特性分析21-22
• 2.1.5 新型混合勵磁 BSG 電機的基本關(guān)系和向量圖22-24
• 2.2 新型混合勵磁 BSG 電機極/槽方案的選擇24-30
• 2.2.1 極槽配合的選擇24-25
• 2.2.2 極槽配合為 8/2425-26
• 2.2.3 極槽配合為 10/3026-27
• 2.2.4 極槽配合為 12/3627-30
• 2.3 永磁材料及磁鋼組合方案的選擇30-34
• 2.3.1 不同永磁材料的選擇30-32
• 2.3.2 永磁與電勵磁的組合選擇32-34
• 2.4 混合勵磁 BSG 電機轉(zhuǎn)子表面優(yōu)化34-37
• 2.4.1 添加補償永磁體34-37
• 2.5 新型混合勵磁 BSG 電機的參數(shù)計算37-45
• 2.5.1 解析法38-39
• 2.5.2 有限元法39-45
• 2.6 本章小結(jié)45-47
• 第3章 新型混合勵磁 BSG 電機多領(lǐng)域仿真分析47-58
• 3.1 多領(lǐng)域仿真軟件47-48
• 3.2 新型混合勵磁 BSG 電機的溫度場仿真48-52
• 3.3 新型混合勵磁 BSG 電機的應(yīng)力場仿真52-55
• 3.3.1 應(yīng)力解析計算52-53
• 3.3.2 應(yīng)力仿真計算53-55
• 3.4 新型混合勵磁 BSG 電機的場路聯(lián)合仿真55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 新型混合勵磁 BSG 樣機的實驗研究58-74
• 4.1 新型混合勵磁 BSG 樣機的試制58-70
• 4.1.1 小樣機的電磁設(shè)計58-61
• 4.1.2 小樣機的機械應(yīng)力仿真設(shè)計61-62
• 4.1.3 小樣機的繪制及制作過程62-70
• 4.2 小樣機的空載發(fā)電實驗70-72
• 4.3 小樣機負載發(fā)電實驗72-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第5章 全文總結(jié)74-76
• 參考文獻76-79
• 致謝79-80
• 附錄80

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