电动车用轴径向—径向磁通复合结构永磁同步电机的研究

论文摘要

为了优化发动机工作区域,降低车辆的油耗和排放,混合动力汽车的无级变速器和起动发电机的结构与控制技术得到了不断发展和改进,各种新结构、新原理和新材料的复合结构电机逐渐成为人们研究的热点。本文所研究的轴径向-径向磁通复合结构永磁同步电机系统就是一种新颖混合动力系统的核心部分,它的研究对混合动力电动汽车的环保和节能具有实际意义。首先,轴径向-径向磁通复合结构永磁同步电机不但在功能上将与行星齿轮的动力分配装置达到异曲同工的效果,而且具有结构简单、紧凑的特点,通过对其结构、运行原理等的理论分析,选择了最优的轴径向-径向磁通电机拓扑结构;对其磁路走向的分析得出设计轴径向电机时,要注意防止轭部过饱和。其次,电机铁芯材料硅钢片和软磁复合材料（Soft Magnetic Composite Material,以下简称SMC）各有千秋,但如果将二者直接进行比较,SMC在低频领域铁耗很大,性能远不及硅钢片;而且在中高频应用领域只是能够降低更多的损耗,但其导磁性能差的缺点还是没能弥补;通过采用硅钢片不同的叠片结构,实现了轴径向磁通的电机结构,且性能优良、成本低。考虑实际装配的方便,提出了轴径向磁通永磁同步电机的新型折叠绕组结构,并推导了复合结构电机的基本电磁关系,得出此类电机的设计规律;分别应用二维和三维有限元方法对其进行仿真分析,得出可以对三个组合电机分别设计以节省计算时间和硬件资源,提高计算精度;与普通外转子电机性能进行对比,充分体现了复合结构电机功率密度大的优势,总结了轴径向-径向磁通电机的特点。最后,分析了复合结构电机的损耗,采用双层集中绕组减少了铜耗,对电机极数的优化降低了电机基本铁耗,通过对各个组合电机磁场波形的优化减少了电机的杂散损耗。

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 国内外发展综述
• 1.2.1 四象限能量转换器
• 1.2.2 电气变速器
• 1.2.3 双机械端口电机
• 1.2.4 国内研究状况
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 轴径向-径向磁通电机的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 电动汽车驱动系统的特点
• 2.3 复合结构永磁同步电机系统运行原理分析
• 2.3.1 复合结构电机混合动力系统的组成
• 2.3.2 工作原理分析
• 2.3.3 复合结构电机工作模式的分析
• 2.4 轴径向-径向磁通电机的几种拓扑结构的讨论
• 2.5 轴径向-径向电机的磁路分析
• 2.5.1 复合结构电机的磁路结构
• 2.5.2 轴径向磁路结构电机的等效磁路
• 2.6 本章小结
• 第3章 复合结构电机铁芯材料和结构的研究
• 3.1 引言
• 3.2 电机常用软磁材料的选择
• 3.2.1 常用的软磁材料
• 3.2.2 硅钢片与SMC的分析和比较
• 3.3 铁心叠片的方式及用Ansoft11 仿真软件的实现
• 3.3.1 轴径向电机定子铁芯的叠片方式
• 3.3.2 用有限元软件仿真的实现
• 3.3.3 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 具有折叠绕组的轴径向-径向电机的分析
• 4.1 折叠绕组的提出
• 4.2 轴径向-径向电机设计方案的确定
• 4.2.1 轴径向电机的基本电磁关系
• 4.2.2 复合结构电机设计规律
• 4.3 有限元模型的建立及仿真验证
• 4.3.1 三个电机分别设计的仿真结果
• 4.3.2 三个电机和一个整体电机仿真结果的验证
• 4.4 具有折叠绕组的复合结构电机特点分析
• 4.4.1 与普通电机的性能对比
• 4.4.2 技术指标的分析与改进
• 4.5 本章小结
• 第5章 复合结构电机性能的分析与优化
• 5.1 引言
• 5.2 永磁同步电机效率的计算与损耗的分析
• 5.3 铜损与铁损的减少
• 5.3.1 绕组端部长度的分析与优化
• 5.3.2 极槽配合的分析
• 5.4 其他损耗的减少
• 5.4.1 轴径向电机中外转子电机的优化
• 5.4.2 轴径向电机中盘式电机的优化
• 5.4.3 径向磁通电机的优化
• 5.5 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