电动汽车用容错永磁同步电机的研究

论文摘要

随着电动汽车对可靠性和容错性能要求的不断提高,传统的三相电机难以满足这些要求,多相电机在能够满足电动汽车对可靠性苛刻要求的同时还有着高功率密度、低转矩波动的优势。本文研究的多相容错电机可以作为下一代电动汽车的高性能动力执行方案,而且还可以推广应用到舰船推进以及航空航天等领域。首先分析了容错电机的特点,明确电机的基本设计原则;综合考虑多种因素确定电机的相数,研究多相电机的基本原理,研究基于磁路法的多相电机电磁设计方法,通过建立有限元模型验证设计方法的正确性。其次研究了基于有限元计算结果的电感参数计算方法,考虑交叉磁化对电感参数的影响,给出计算流程,研究饱和时交叉磁化现象对电机电感参数的影响。接下来针对多相电机对转矩密度及转矩波动的特殊要求,选择合适的绕组排布方式,研究了极弧系数,充磁方向以及槽口宽度对电机性能的影响,由此确定电机的最优设计方案,并且对电机在全速度范围内的电磁性能进行分析。进一步分析电机在一相开路,两相开路以及一相短路下的转矩输出能力,使用相量法对故障下的转矩波动根源进行研究。最后研究了气隙磁动势中的谐波分布情况,对次谐波在永磁体中造成的涡流损耗进行了研究,并提出减小永磁体中涡流损耗的有效办法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外发展现状综述
• 1.2.1 英国纽斯卡尔大学的研究情况
• 1.2.2 美国德州农工大学的研究情况
• 1.2.3 美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究情况
• 1.2.4 意大利帕多瓦大学的研究情况
• 1.2.5 国内的研究情况
• 1.3 本文的研究工作
• 第2章 多相永磁容错电机的方案选择
• 2.1 多相永磁容错电机设计的基本原则
• 2.2 多相永磁容错电机的电磁方案选择
• 2.2.1 多相电机的相数选择
• 2.2.2 通以对称正弦电流时五相绕组的磁动势
• 2.2.3 五相容错永磁同步电机的极槽配合方案
• 2.3 五相永磁同步电机的设计
• 2.3.1 五相永磁同步电机的基本电磁关系
• 2.3.2 五相永磁同步电机的主要参数确定
• 2.3.3 电机有限元模型的建立
• 2.4 电机的电感参数计算
• 2.4.1 电感参数的计算方法
• 2.4.2 电感参数的计算过程
• 2.4.3 磁路饱和情况分析
• 2.4.4 交叉磁化现象分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 五相永磁同步电机的优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 绕组排布方式的确定
• 3.2.1 分数槽绕组基本理论
• 3.2.2 不同排布方式的对比分析
• 3.3 结构参数对电机性能的影响
• 3.3.1 极弧系数对电机性能的影响
• 3.3.2 充磁方向对电机性能的影响
• 3.3.3 槽口宽度对短路电流的影响
• 3.4 不同工况下电机的性能分析
• 3.4.1 转折速度下的电磁性能
• 3.4.2 额定转速下的电磁性能
• 3.4.3 最大转速下的电磁性能
• 3.5 本章小结
• 第4章 五相永磁同步电机的容错运行分析
• 4.1 引言
• 4.2 电机容错运行能力的验证
• 4.2.1 一相开路故障状态
• 4.2.2 两相开路故障状态
• 4.2.3 一相绕组短路故障状态
• 4.3 转矩脉动产生机理分析
• 4.3.1 一相开路故障状态
• 4.3.2 两相开路故障状态
• 4.3.3 一相短路故障状态
• 4.3.4 转矩脉动的理论评估
• 4.4 本章小结
• 第5章 五相永磁同步电机的谐波及涡流损耗分析
• 5.1 引言
• 5.2 五相电机的谐波分析
• 5.2.1 五相绕组的合成磁动势
• 5.2.2 闭口槽时五相绕组合成磁动势的分析
• 5.2.3 开口槽时五相电机的气隙磁场谐波分析
• 5.3 分数槽绕组五相电机的涡流损耗
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢