混合动力电动汽车用稀土永磁无刷直流电机的设计与分析

论文摘要

全球性的能源与环境问题促使各国汽车工业向着使用新能源、新动力的方向发展,混合动力电动汽车凭借着其燃油经济性高、低排放、低噪声等优点成为极具发展前景的汽车车型。而驱动电机的性能直接影响着混合动力电动汽车的动力性能,因此驱动电机的选择至关重要。稀土永磁无刷直流电机凭借着其体积小、质量轻、可靠性高、维护方便、结构简单、效率高、散热容易等优点成为了混合动力电动汽车用驱动电机的理想选择。本文根据混合动力电动汽车对驱动电机的要求,设计了混合动力电动汽车用稀土永磁无刷直流电机。首先根据混合动力电动汽车的动力性能指标确定了所要设计的稀土永磁无刷直流电机的主要额定参数,即设计目标。采用了磁路分析法进行磁路计算,完成对电机本体的初始设计,再通过ANSYS软件对已设计的稀土永磁无刷直流电机进行有限元分析与仿真,并针对在初始设计过程中,由经验公式和经验数值计算得到的、对电机性能有重要影响的一些主要系数包括漏磁系数、极弧系数、电枢长度系数、气隙系数等重新进行计算,得到了精确值,提高了电磁计算的精确度。最后根据修正后的电机主要参数重新进行电机设计,并对修正前后的结果进行比较和分析,据此分析了混合动力电动汽车动力性能参数包括最高车速、加速时间和最大爬坡度的提升情况。采用ANSYS有限元分析软件之后,稀土永磁无刷直流电机设计的参数更为合理、准确,混合动力电动汽车的动力性能也较之前有了一定的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 混合动力电动汽车产生的背景和研究意义
• 1.1.1 混合动力电动汽车产生的背景
• 1.1.2 混合动力电动汽车的优点及研究意义
• 1.2 混合动力电动汽车对驱动电机系统的要求
• 1.3 混合动力电动汽车驱动电机类型的选择
• 1.4 稀土永磁无刷直流电机的性能分析方法
• 1.4.1 磁路分析法
• 1.4.2 电磁场有限元法
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 稀土永磁无刷直流电机参数的选择
• 2.1 混合动力电动汽车的整车性能参数
• 2.2 稀土永磁无刷直流电机参数的选择
• 2.2.1 额定转速和最高转速的选择
• 2.2.2 额定电压的选择
• 2.2.3 额定功率的选择
• 2.2.4 稀土永磁无刷直流电机的主要额定参数
• 2.3 本章小结
• 3 稀土永磁无刷直流电机的设计
• 3.1 稀土永磁无刷直流电机的工作原理和基本结构
• 3.1.1 稀土永磁无刷直流电机的工作原理
• 3.1.2 稀土永磁无刷直流电机的基本结构
• 3.2 稀土永磁无刷直流电机的设计
• 3.2.1 稀土永磁无刷直流电机主要技术指标的确定
• 3.2.2 稀土永磁无刷直流电机设计总体方案的确定
• 3.2.3 稀土永磁无刷直流电机主要尺寸的确定
• 3.2.4 定子结构确定
• 3.2.5 转子结构确定
• 3.3 基于磁路分析法的稀土永磁无刷直流电机的磁路计算
• 3.3.1 永磁体等效成磁通源或磁动势源
• 3.3.2 外磁路的等效磁路
• 3.3.3 稀土永磁无刷直流电机的等效磁路
• 3.3.4 等效磁路各参数的标么值
• 3.3.5 等效磁路的解析解
• 3.4 稀土永磁无刷直流电机的设计结果
• 3.5 本章小结
• 4 稀土永磁无刷直流电机的有限元分析
• 4.1 电磁场有限元法基本原理
• 4.1.1 边界条件
• 4.1.2 边值问题和条件变分问题
• 4.1.3 部分插值
• 4.1.4 条件变分问题离散化
• 4.1.5 求解
• 4.1.6 磁矢位的应用
• 4.2 ANSYS 有限元分析
• 4.2.1 前处理阶段
• 4.2.2 分析计算阶段
• 4.2.3 后处理阶段
• 4.2.4 有限元分析的错误与修正
• 4.2.5 ANSYS 分析的命令流
• 4.3 稀土永磁无刷直流电机主要系数的有限元分析
• 4.3.1 空载漏磁系数
• 4.3.2 电枢计算长度
• 4.3.3 计算极弧系数
• 4.3.4 气隙系数
• 4.3.5 稀土永磁无刷直流电机主要系数的修正结果
• 4.4 本章小结
• 5 混合动力电动汽车性能的提升
• 5.1 稀土永磁无刷直流电机修正后的结果
• 5.2 混合动力电动汽车性能的提升
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果