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新能源汽车用非对称组合式永磁磁极驱动电机及控制技术研究
| 论文题名： | 新能源汽车用非对称组合式永磁磁极驱动电机及控制技术研究 |
| 关键词： | 新能源汽车;驱动电机;永磁驱动电机;非对称磁极;磁热耦合 |
| 摘要： | 驱动电机是提高新能源汽车动力性和续航里程的核心，研制一款高效率，高转矩密度和高转速范围的新能源汽车用驱动电机是提高汽车性能的关键。目前永磁驱动电机存在的问题主要有转矩脉动大，调速范围窄，工作温度高等问题。 本文提出一种新能源汽车用非对称组合式永磁磁极驱动电机拓扑结构，该结构聚磁效果显著，气隙磁感应密度大，输出功率高。根据新能源汽车的基本参数和动力性指标，确定非对称永磁磁极驱动电机的基本参数，并对转子磁钢位置，驱动电机极槽配合、气隙长度和电枢绕组进行结构设计。 为提高非对称永磁磁极驱动电机输出转矩，降低转矩脉动，扩大调速范围，基于绕组理论和等效磁路法，基于定子磁动势、转子磁动势、转矩脉动、齿槽转矩和弱磁区间扩速倍数的解析表达式，对磁钢位置及转子偏心距优化，优化后驱动电机转矩脉动降低，转矩输出能力提高，调速范围变宽。 针对非对称永磁磁极驱动电机工作温度高而导致效率低的问题，研究分析了驱动电机的铁心损耗，绕组铜耗的产生原理及表达式，基于降低驱动电机内部的高次磁密谐波，优化驱动电机槽口宽度、气隙长度、转子偏心距等参数，优化后，驱动电机气隙磁密波形畸变率降低，气隙磁密高次谐波含量减少，驱动电机的铁心损耗降低。基于流场理论和ANSYS软件对驱动电机的温度场进行仿真，通过驱动电机的效率MAP图表明，优化后的驱动电机效率提高。 本文研究了一种高精度、高可靠性的永磁驱动电机控制算法——扩展卡尔曼滤波算法（EKF)，基于扩展卡尔曼方程，建立了永磁驱动电机的非线性数学模型，使扩展卡尔曼滤波算法（EKF)估算不同工况下驱动电机转子位置及速度，结果表明，EKF控制算法精度高，可靠性强。 试制了非对称永磁磁极驱动电机样机，基于驱动电机的测试原理，通过齿槽转矩试验台，测功试验台和对拖试验台，分别对均匀气隙样机和非均匀气隙样机进行齿槽转矩试验、机械特性试验和空载反电动势输出试验，通过实验结果证明，优化后的非均匀气隙样机比优化前的均匀气隙样机齿槽转矩低、转矩脉动小、输出转矩高、感应电动势幅值高且波形谐波含量少。验证了永磁驱动电机的相关理论推导。 |
| 作者： | 刘国栋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张学义 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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