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电动汽车用直驱式永磁无刷直流电机的优化设计与分析
| 论文题名： | 电动汽车用直驱式永磁无刷直流电机的优化设计与分析 |
| 关键词： | 电动汽车;直驱式永磁无刷直流电机;优化设计;绕组串并联;齿槽转矩 |
| 摘要： | 伴随着汽车产业的高速发展，石油资源短缺、环境污染和气候变暖等一系列问题已经凸显出来了。以纯电动汽车为代表的新能源汽车必将成为我国汽车发展的主要方向之一。而驱动电机作为纯电动汽车唯一的动力源，其性能好坏将直接影响整车运行的动力性、稳定性和续驶里程，因此设计一款能满足电动汽车安全行驶，并具有宽范围高效区的驱动电机具有重要意义。 首先分析了电动汽车对驱动电机的性能要求，确定电机各项额定技术指标，包括电机额定功率、额定电压、额定电流等;给出了永磁无刷直流电机工作时的相关公式，为串并联绕组设计提供了理论基础;针对电动汽车驱动特性的分析和驱动电机自身特点的研究，利用SolidWorks三维设计软件建立了直驱电机的机械结构模型，包括电机冷却系统的设计;分析了电枢绕组串并联对提高电机转矩和转速范围的原理，给出了绕组总体设计方案;给出了霍尔位置传感器安装方法，完成了电机总体方案的设计。 利用磁路法和相关经验公式对电机的主要尺寸进行初步计算，然后基于AnsoftMaxwell有限元软件分别对电机定子电枢内径和有效长度，定子槽型及冲片尺寸，转子磁路结构，永磁体材料、充磁方向和尺寸，电磁负荷，气隙长度，极槽配合方案和电枢绕组等关键参数进行研究分析，反复调整、验证和修改，完成了电磁方案的优化设计。 在电机机械结构和电磁方案的基础上，对电机在空载和负载下的瞬态性能进行仿真分析，得到了电机运行过程中电与磁的变化规律及分布情况，如电机的电磁转矩、绕组电流、电压波形、电机转速、绕组磁链、感应电动势等电磁量，同时可以观察任意时刻的磁场分布情况（如磁力线、磁密分布和计算电机漏磁系数），校核是否存在局部过饱和点，从而调整设计参数，优化电机结构。通过对齿槽转矩的分析，得出了抑制齿槽转矩的措施，并利用有限元软件分析了电机的极槽配合、极弧系数、槽口宽度、斜槽等参数对齿槽转矩的影响，以减小齿槽转矩为目标对电磁方案进一步优化。 提出并采用定子电枢绕组串并联切换方法来扩大电机的转速范围，在低速爬坡和起步加速工况下使用串联绕组来改善电机高转矩运行特性;在巡航和高速行驶时使用绕组并联方式来改善电机高速低转矩运行特性。利用Matlab/Simulink搭建了双速电机的仿真平台，对比两种模式下电机的起动特性以及运行过程中的转速、转矩及三相电流。 |
| 作者： | 潘章慧 |
| 专业： | 农业生物环境与能源工程 |
| 导师： | 李进京 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东农业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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