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模块化级联电机结构形式研究与模块间影响分析
| 论文题名： | 模块化级联电机结构形式研究与模块间影响分析 |
| 关键词： | 电动汽车;模块化级联电机;结构形式;转矩波动;温度场 |
| 摘要： | 新能源汽车的开发是解决环境污染等问题的措施之一，作为电动汽车核心动力源，驱动电机存在诸多问题制约着电动汽车的发展。模块化级联电机（Modular Cascade Machines，MCM）系统可以扩大电机系统高效区、提高系统可靠性、减小汽车开发厂商成本。MCM采用不同的结构形式以及模块电机级联后，多个模块间存在耦合对该电驱动系统会产生一定的影响。本文对MCM进行以下方面的研究： 将MCM从三个维度进行结构形式分类：模块匹配形式、级联耦合形式、电机结构。在匹配控制、设计制造方面对比了单模与多模电机特点。提出了5种典型的MCM结构形式。从机壳空间利用率、电机运行范围、安装尺寸方面给出了MCM结构形式选用原则。在端盖、轴、传感器选择方面给出了径向磁路多模串联结构形式MCM的设计原则；在转矩输出方式、端盖设计、永磁体固定、转子单边磁拉力方面给出了轴向磁路单模并联结构形式MCM设计原则。 根据驱动系统需求的电机指标，研制了模块功率8kW基速不同的多模电机，并进行了实验；设计了3kW的径向磁路与轴向磁路电机，对效率、功率密度、转矩波动、外形尺寸进行了对比。 针对模块电机级联后转矩波动相互影响的问题，研究了单模电机齿槽转矩产生的机理，并推导了电机级联后齿槽转矩计算公式。仿真得到了模块电机齿槽转矩与转矩波动相互影响的规律，提出了基于转子错极的转矩削弱方法。 针对模块电机级联后温度场分布相互影响的问题，对模块电机与级联后的模块电机进行了温度场仿真，模块电机级联后绕组温度分布不再对称，在耦合端温度变高。考虑温度场变化对电机效率产生影响，对模块电机效率随温度变化进行了评估，修正了模块电机的效率MAP图。 针对低速模块电机被高速拖动，转子应力分布受到影响，对模块电机的转子应力分布分析，低速模块电机被高速模块电机拖动到最高速时转子应力增大；模块电机的输出轴受到级联后转矩加大的影响，对输出轴进行了应力分析，低速模块电机轴作为输出轴的方案更加适合转矩输出。 本课题的研究为MCM的电磁与结构以及模块电机间影响问题提供了理论基础和研究方法，也为MCM的设计奠定了基础。 |
| 作者： | 胡文广 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王铁成;崔淑梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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