新能源汽车用永磁电机设计

发布时间：2020-06-16 19:35

【摘要】：随着科技水平的快速发展,人们的生活得到了很大的改善,但人们周围的空气污染也越来越严重,雾霾天气严重影响着人们的健康。随着人们对健康的重视程度越来越大,人们越来越希望大气污染能够被有效控制还大家一个蓝天白云。环境污染有一部分是来源于汽车的尾气,而现在新出现的一种使用电能的新能源汽车很好的迎合了人们对健康环境的需求,新能源汽车因为是电力供能,没有燃油车那样的尾气排放,如果新能源汽车能够得到广泛使用空气中的有害颗粒就能够被有效减少。对于新能源汽车来说,最重要的是它电机系统中的电机那部分。新能源汽车的电机工作方式和常规电机不同,常规的电机一般都是工作在额定点,而用在新能源汽车上的电机要有很大的工作范围,在对新能源汽车电机进行设计时要重点考虑电机的高效率区间、较宽的弱磁扩速和功率密度大这些特性。论文对新能源汽车用永磁电机的转子磁路结构、弱磁扩速性能、高效区、电磁设计和温升损耗进行分析,主要有下面的几方面:首先,分析一下转子的磁路结构。电机的性能好坏跟电机的转子磁路结构有很大的关系,通过有限元法对四种不同转子磁路结构电机的气隙磁密、交直轴电感、电磁转矩、磁阻转矩等性能进行分析。分析不同转子磁路结构电机的弱磁扩速能力和转矩输出能力,仿真不同转子磁路结构电机的效率云图。通过综合对比,得出不同转子磁路结构电机的特点,总结不同转子磁路结构电机所适用的新能源汽车类型,并选择合适的转子磁路结构以满足所要设计电机的性能需求。其次,对电机进行电磁设计,确定电机的主要尺寸,分析电机极数对电机气隙磁密波形和转矩输出性能的影响,确定适合所设计电机的极槽配合。分析了定子裂比对电机电密、电负荷和热负荷等方面性能的影响。分析了气隙长度对电机交直轴电感和磁阻转矩等方面性能的影响。分析了永磁体尺寸对电机弱磁扩速能力和转矩输出能力的影响。对极弧系数进行了分析研究,确定了适合所设计电机的极弧系数。最后,对所设计电机的损耗及温升进行了研究。电机损耗直接影响着电机的发热,电机的许多性能都受到电机温升的影响,采用了有限元仿真分析的方法完成了电机定转子损耗的分析计算,最终完成电机的温升分析计算。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM351
【图文】：

转子结构,磁路结构

丰田汽车公司在 1997 年发布了它的第一款新能源汽车 Prius1997，这种款式汽车采用混合动力驱动，其中电驱动电机采用了永磁同步电动机，后面又先后更新了 3 种款式的汽车用永磁电机[11]。Prius 2003 的驱动电机采用“一”字型转子磁路结构，这款驱动电机的功率只有 33kW，为了提高电机的性能 Prius 2004 不再使用原来的“一”字型转子磁路结构而是换成了“V”型转子磁路结构的电机，这种转子磁路结构的电机最大力大为 400N·m，转速高，可达到 6000rpm，功率密度为 1.11kW/kg[12]。Prius 2010 的转子磁路结构在 2004 的款型上做了改进，一个极中的两个永磁体间多了一个加强筋，这样可以提高转子的结构强度进而提高电机的转速，它可获得 13500rpm 的转速，功率密度也比之前的要好，达到了 1.6kW/kg，最大出力为 207N·m[13]。2015 推出的第四代 Prius对电机的转子磁路结构又进行了改进，这次采用了“V 一”型结构，这种转子磁路结构的电机可以获得更大的转速 17000r/min，电机的出力有所降低，最大出力为 163N·m，峰值功率为 53kW[14]，从 1997 年的第一款到 2005 的第四款的 Prius 新能源汽车电机采用的转子磁路结构图如图 1.1 所示。

转子,驱动电机,奥迪,最大功率密度

图 1.2 转子部分结构Fig1.2 The partial structure of the rotor车公司采用永磁同步电机作为 Q5 的驱动电机，它这款电机的最大功率密度为 1.54kW/kg，最大出 40kW[15]：图 1.3 奥迪 Q5 永磁驱动电机Fig.1.3 The ao di Q5 permanent magnet drive motor汽车用永磁电机的发展现状

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