电动车用轴径向—轴向磁通复合结构永磁同步电机的研究

论文摘要

由于传统能源的短缺和环保问题的日益严峻,世界各国对汽车的节能减排设计越来越重视。混合动力汽车既能满足节能减排的要求,又没有牺牲汽车性能和现有生产设备,是取代传统汽车的理想选择。它综合了传统汽车和纯电动汽车的优点,是市场化最成功的电动车类型。本文所研究的轴径向-轴向磁通复合结构永磁同步电机就是一种新颖的混联式混合动力系统的核心部分,它能够分配内燃机和蓄电池的能量流动,实现节能减排的目标。电机设计前首先需要根据其使用情况确定设计指标。因此对安装复合结构永磁同步电机系统的混合动力车的基本控制策略和运行状态进行分析,在此基础上参考丰田Prius内燃机和电机的参数指标推导了复合结构永磁同步电机的设计指标并由设计指标确定了电机的结构形式。轴径向-轴向磁通复合结构永磁同步电机由轴向电机和轴径向电机复合而成。分别介绍了两种电机的磁路结构特点,并着重对轴径向电机这种新颖的电机进行了分析,画出了电机的空载等效磁路图并进行讨论,推导了不饱和磁路电枢反应电抗的计算公式,仿照普通径向电机推导了基本电磁关系式。建立了轴向电机和轴径向电机的三维有限元模型,在此基础上对电机进行了初步优化;研究了分数槽绕组应用于轴向电机的优势;建立复合结构电机模型,对两电机在永磁转子上的磁耦合情况进行了分析;最后对所设计电机的优势和不足进行了评价。

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 混合动力汽车研究发展状况
• 1.2.2 复合结构电机的国内外发展状况
• 1.3 轴径向-轴向磁通复合结构永磁同步电机系统
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 混合动力汽车的运行模式与电机指标的确定
• 2.1 复合结构永磁同步电机系统的基本控制策略
• 2.2 混合动力汽车的基本运行模式
• 2.2.1 内燃机起动工况
• 2.2.2 起步以及低速工况
• 2.2.3 正常行驶工况
• 2.2.4 加速或上坡工况
• 2.2.5 刹车制动工况
• 2.2.6 倒车工况
• 2.3 复合结构永磁同步电机设计指标确定
• 2.3.1 Prius混合动力系统参数与电机指标
• 2.3.2 复合结构永磁同步电机的指标
• 2.4 复合结构永磁同步电机结构形式与样机指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 复合结构电机的结构特点与磁路分析
• 3.1 轴向电机结构与磁路特点
• 3.1.1 轴向磁通永磁电机结构特点
• 3.1.2 轴向磁通永磁同步电机主磁路结构
• 3.2 轴径向电机结构与磁路特点
• 3.2.1 轴径向磁通永磁同步电机结构特点
• 3.2.2 轴径向电机磁路特点
• 3.3 轴径向电机电枢反应电抗的计算
• 3.4 轴径向电机基本电磁关系式
• 3.5 本章小结
• 第4章 复合结构电机的有限元仿真分析
• 4.1 复合结构电机三维有限元模型建立
• 4.1.1 轴向磁通永磁电机模型建立
• 4.1.2 软磁复合材料轴径向磁通永磁电机模型建立
• 4.1.3 硅钢片材料轴径向磁通永磁电机模型建立
• 4.2 复合结构电机的初步优化
• 4.2.1 轴向电机极弧系数与槽口的优化
• 4.2.2 轴径向电机极弧系数优化
• 4.3 复合结构电机分数槽绕组性能的分析
• 4.4 复合结构电机磁耦合情况
• 4.5 复合结构电机的功率密度特点
• 4.6 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