电动汽车用永磁同步电机的电磁场性能分析与研究

论文摘要

气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面对的长期问题。降低交通领域温室气体排放是解决全球气候变化重要手段,因此,电动汽车在世界范围内得到快速发展。与传统的电励磁同步电机相比,永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电机以永磁体提供励磁,使电动机结构较为简单,降低了加工和装配费用,提高了电机运行的可靠性、效率和功率密度。永磁同步电机在各个领域特别是在电动汽车领域应用越来越广泛。在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。电机的电磁场分析是研究电机工作性能的基础。本文论述了永磁同步电机的基本原理,包括永磁同步电机的基本结构、分类和工作特性。利用有限元法对永磁同步电机进行分析计算。利用工程电磁场有限元分析软件Ansoft,建立了电机实例的计算模型。分析研究了永磁同步电机的空载磁场,并对径向气隙磁密、空载反电动势、极弧系数、空载漏磁系数和气隙波形系数等重要参数进行了精确计算。同时,分析计算了电机的额定负载场。用两种方法得出了电机的重要参数,即交直轴电枢反应电抗。电动汽车用永磁同步电机的参数对电动汽车的性能有重要影响,本文对此进行了深入的计算研究。定量分析了结构参数对电机磁场的影响。讨论了永磁体磁化方向长度、永磁体宽度、定子每项绕组匝数、气隙长度、电枢槽口宽度等结构的变化对电机性能的影响,从而完善对永磁电机的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 电动汽车用永磁同步电机的研究现状及发展趋势
• 1.3 永磁同步电机用于电动汽车的优势
• 1.4 本文研究的主要内容和论文结构
• 1.4.1 本文研究的主要内容
• 1.4.2 本文的组织结构
• 第2章 永磁同步电机的结构与工作特性计算
• 2.1 永磁同步电机的结构
• 2.1.1 表面式转子结构
• 2.1.2 内置式转子结构
• 2.2 永磁同步电机的工作特性分析计算
• 2.2.1 永磁同步电机的电压方程
• 2.2.2 永磁同步电机的向量图
• 2.2.3 永磁同步电机的电磁转矩计算
• 2.2.4 永磁同步电机的损耗与效率的分析计算
• 2.3 永磁同步电机d、q轴数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 电动汽车用永磁同步电机的有限元法
• 3.1 永磁同步电机的有限元分析法
• 3.1.1 基本方程
• 3.1.2 矢量磁位
• 3.1.3 电磁场的边界条件
• 3.1.4 永磁同步电机的数学描述
• 3.1.5 永磁同步电机的有限元法求解过程
• 3.2 永磁同步电机的建模
• 3.2.1 电磁场分析软件Ansoft
• 3.2.2 电机计算实例
• 3.2.3 构建几何模型
• 3.2.4 材料定义及分配
• 3.2.5 网格剖分
• 3.2.6 边界条件与激励源的加载
• 3.2.7 求解及后处理
• 3.3 本章小结
• 第4章 电动汽车用永磁同步电机的电磁场研究
• 4.1 永磁同步电机空载磁场有限元分析
• 4.1.1 永磁同步电机径向气隙磁密计算
• 4.1.2 永磁同步电机空载反电动势的计算
• 4.1.3 永磁同步电机空载磁场重要系数的计算
• 4.2 永磁同步电机负载电磁场分析
• 4.2.1 永磁同步电机负载场的计算
• 4.2.2 永磁同步电机电枢反应电抗的计算
• 4.3 本章小结
• 第5章 电动汽车用永磁同步电机特性研究
• 5.1 永磁体磁化方向长度对电机性能的影响
• 5.2 永磁体宽度对电机性能的影响
• 5.3 定子每项绕组匝数对电机性能的影响
• 5.4 气隙长度对电机性能的影响
• 5.5 电枢槽口宽度对电机性能的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢