混合动力车用轴—径向磁通复合结构永磁同步电机的研究

论文摘要

随着丰田Prius混联式混合动力电动汽车问世以及推广,混联式混合动力汽车的研究逐渐受到重视,而本文所研究的是一种由一个轴向式磁路结构和一个径向式磁路结构的永磁同步电机组成的复合式永磁同步电机——轴-径向磁通复合结构永磁同步电机,它能取代传统汽车中的变速箱、离合器等部件并取代了Prius中复杂的行星齿轮结构,使混合动力系统结构更紧凑、工作效率更高。本文针对轴-径向复合结构永磁同步电机主要做了以下几方面的研究。首先,分析了轴-径向复合结构永磁同步电机系统的工作原理,并研究了复合结构永磁同步电机系统混合动力汽车的工作状态以及控制策略。接下来通过理论分析了轴-径向复合结构电机的配置,对径向电机以及轴向电机的磁路结构作了研究和计算,用解析法计算了径向电机的电抗及其它参数,并根据应用场合对磁路结构做了合理的选择。建立了轴-径向复合结构电机的三维仿真模型,简单分析了两电机的耦合问题;推导了轴-径向复合结构电机的功率及功率密度公式,以此为依据分析了轴-径向复合结构电机尺寸以及功率的合理匹配问题;分析了轴向电机参数对轴向磁拉力的影响。并对轴-径向复合结构电机进行了优化,从主磁场的优化以及齿谐波的减小两方面入手,主磁场主要是从转子形状来优化,而对于齿谐波的削弱则对比分析了分数槽和斜槽对电机性能的影响从中选出最优方案。最后对几种复合结构永磁同步电机的拓扑结构从工作原理、电机性能以及应用场合几方面作了详细分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 混合动力电动汽车的基本组成
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 电气变速器
• 1.3.2 双机械端口电机
• 1.3.3 四象限能量转换器
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机系统的工作状态及控制策略研究
• 2.1 引言
• 2.2 prius 的工作状态
• 2.2.1 prius 的工作原理
• 2.2.2 prius 的工作状态
• 2.3 轴-径向复合结构永磁同步电机系统的工作状态
• 2.3.1 轴-径向复合结构永磁同步电机系统的工作原理
• 2.3.2 轴-径向复合结构永磁同步电机系统的工作状态
• 2.4 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机系统的控制策略
• 2.5 本章小结
• 第3章 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构的选择
• 3.1 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构的选择
• 3.1.1 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构之一
• 3.1.2 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构之二
• 3.1.3 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构之三
• 3.1.4 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机结构之四
• 3.2 径向电机转子磁路结构分析与选择
• 3.3 轴向电机转子磁路结构分析与选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机特殊电磁问题的分析
• 4.1 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机耦合问题的分析
• 4.2 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机基本电磁关系及尺寸的配置
• 4.2.1 轴向电机基本电磁关系
• 4.2.2 径向电机基本电磁关系
• 4.2.3 轴-径向电机电磁关系
• 4.2.4 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机尺寸配合问题
• 4.3 轴向电机电磁力的研究
• 4.3.1 电机电磁力原理分析
• 4.3.2 轴向电机轴向磁拉力的计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 轴-径向磁通复合结构永磁同步电机的优化
• 5.1 引言
• 5.2 气隙磁密波形的优化
• 5.2.1 径向电机气隙磁密波形的优化
• 5.2.2 轴向电机气隙磁密波形的优化
• 5.3 斜槽结构性能的分析
• 5.3.1 斜槽的原理分析
• 5.3.2 径向电机斜槽结构
• 5.3.3 轴向电机斜槽结构
• 5.4 分数槽绕组性能的分析
• 5.4.1 分数槽绕组理论分析
• 5.4.2 轴-径向磁通复合结构电机极数以及极槽配合的优化选择
• 5.4.3 径向电机分数槽绕组性能分析
• 5.4.4 轴向电机分数槽绕组性能分析
• 5.5 斜槽与分数槽的对比分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 混合动力电动汽车用复合结构永磁同步电机的拓扑分析
• 6.1 几种复合结构永磁同步电机的工作原理
• 6.2 几种复合结构电机的性能对分析
• 6.2.1 电机性能的对比分析
• 6.2.2 应用性的对比
• 6.3 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