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车用径轴向磁通复合结构电机设计与冷却散热研究
| 论文题名： | 车用径轴向磁通复合结构电机设计与冷却散热研究 |
| 关键词： | 电动汽车;径轴向磁通电机;冷却散热系统;工作效率 |
| 摘要： | 新能源汽车的出现能有效缓解化石燃料燃烧对环境污染造成的影响，能降低我国对石油的依赖。为了应对化石燃料不断枯竭的危机，以及响应国家的节能减排战略，新能源汽车目前也成为我国以及世界各大主流车企的重要发展方向，并且由于新能源汽车的高性能，低能耗等优点，新能源汽车也受到广大消费者的喜爱，对于国内外科研人员而言，新能源汽车的主要动力系统电机成为了各大企业和高校的研究热点。 传统混合动力车用电机存在转矩密度小、效率低、散热不良等问题。为此，本文设计一种新型径轴向磁通复合结构电机，明确电磁结构及尺寸参数，基于Ansys Maxwell软件，建立其电磁仿真模型并进行瞬态电磁仿真，进行空载和额定工况瞬态电磁仿真对比分析，并对径轴向磁通复合结构进行参数化分析，获得其在不同结构尺寸、不同电源激励下的特性曲线。结果表明：额定工况运行时，径向磁通电机额定转矩为359.4N·m，额定转速为1600r/min；轴向磁通电机额定转矩为359N·m，额定转速为1600r/min，满足电机电磁性能设计要求；径轴向磁通复合结构的转矩和转矩脉动随着永磁体厚度和电源激励的增大而增大,径向磁通电机和轴向磁通电机中永磁体厚度分别小于4.1mm和16mm时，转矩脉动增加较为缓慢，而后显著增加。 为达到电机的输出特性满足电动汽车动力学性能和乘坐舒适性等对整车性能的要求，针对径轴向磁通复合结构电机的转矩脉动导致的电机振动问题、结构紧凑导致的电机工作发热量大等问题，提出代表径轴向磁通复合结构电机输出性能的四个指标。并分别以高平均转矩、低转矩脉动、高转矩密度和高效率作为优化目标，对电机基本结构参数进行灵敏度分析，采用有限元与试验设计相结合的方法，建立三阶响应面模型对径轴向磁通复合结构参数进行多目标优化。基于电机的电磁仿真与多目标优化，得到径轴向磁通复合结构电机在额定工况下径向磁通电机绕组铜损均值为2752.5W，永磁体涡流损耗均值为844.8W，电机铁芯铁损均值为460W，径向磁通电机工作效率为93.2%。轴向磁通电机绕组铜损均值为2097.2W，永磁体涡流损耗均值为685.6W，电机铁芯铁损均值为134.1W，轴向磁通电机工作效率为95.1%。 根据流体力学与传热学理论设计径轴向磁通复合结构电机的冷却散热系统，进行热建模和温度场仿真分析。结果表明：径轴向磁通复合结构电机在额定工况运行时，轴向磁通电机的最高温度为121℃，不会造成永磁体的退磁和绕组绝缘材料的失效，冷却结构符合设计要求。 |
| 作者： | 刘凡 |
| 专业： | 机械工程;车辆工程 |
| 导师： | 邓涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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