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电动汽车用永磁同步电机的设计及优化
| 论文题名： | 电动汽车用永磁同步电机的设计及优化 |
| 关键词： | 永磁电机;转子结构;磁通密度;电机设计;电动汽车 |
| 摘要： | 电动汽车在中国得到许多政策的扶持，越来越受到大家的青睐。目前电动汽车电机普遍选择异步电机和永磁电机两类。日系车普遍采用永磁电机驱动，而美系车以异步电机为主。本文的目标是在考虑汽车动力性能匹配的前提下，设计160kW电动客车驱动用永磁电机，并对电机方案进行多方面的校核以验证其合理性。 本研究主要内容包括：⑴对电动汽车驱动用永磁电机的国内外发展和研究现状进行系统调研，对该类型电机的性能要求、结构特点和设计关键技术进行阐述。针对不同性能要求的电机，总结出科学实用的电机设计流程，为永磁同步电机的设计及优化奠定了良好的基础。汽车和驱动电机的匹配对车辆行驶具有重要的意义。从理论公式和实际仿真结合的方式，阐述汽车动力性能和驱动电机的匹配原则，并结合项目需求，提出本文设计目标。⑵介绍了基于电机电磁场有限元分析的Ansoft以及基于电机磁路法设计的Speed的电机设计过程，分析了电机的空载、额定、过载、弱磁性能。根据理论推导和实际计算，分析电机转矩谐波的发生原理、定量计算电机的电感参数并分析其对电机弱磁能力的影响。研究了多种的电机优化设计方法。比如针对电机转矩性能的优化，重点研究了电机的斜槽和斜极工艺，并给出规律性的总结；针对气隙磁密波形优化的目标，研究了转子开槽、极弧系数、转子外圆偏心等工艺，并给出了规律性的结论；针对转子冲片开孔的工艺，研究了孔型尺寸和位置对电机性能的影响；针对电机短路过程中，短路电流对永磁体的去磁作用，在Ansoft中进行了定量的计算。⑶针对电机的结构方面，基于Workbench有限元软件也做了大量的工作。首先基于Maxwell张量法，定量计算了过载情况下转子受到的的电磁力。基于此结果，利用Workbench静力学仿真，计算在过载状态下转子的应力分布，核算转子的机械强度。针对传统铁耗模型的缺点，提出了一种改进模型，提高其计算精度。基于Maxwell损耗分析结果，利用Workbench二维温度场仿真，计算电机温升。根据实际温升分布，设计实用的冷却方法，分析其对电机的温升影响。各类校核结果表明，电机满足短路退磁、机械强度以及温升等各方面的要求，并保留了合适的裕度。 |
| 作者： | 王晓杰 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 杨凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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