电动汽车用少稀土组合励磁永磁无刷电机的设计与分析

发布时间：2017-04-07 08:12

  本文关键词：电动汽车用少稀土组合励磁永磁无刷电机的设计与分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济的发展,汽车行业欣欣向荣,它在给人们生活带来便利的同时,也造成了能源危机和环境污染的恶化,为此,具有节能环保特点的电动汽车成为了未来汽车产业发展的新方向。作为电动汽车驱动系统的核心部件,永磁无刷电机凭借着高转矩密度和高功率密度等优点被广泛应用于汽车领域。随着永磁电机等场合中稀土永磁材料的大量使用,近年来稀土资源在缺乏合理规划的情况下遭到了大量的损坏和破坏,从而导致了稀土永磁体材料价格的不断飙升,少稀土或非稀土类的驱动电机得到了大家的广泛关注。本文针对稀土危机,结合电动汽车驱动电机的特性要求,设计分析了一种少稀土组合励磁永磁无刷(hybrid permanent magnet material brushless,HPMM-BL)电机,该电机不仅具有低成本的优点,还能够提供较宽的恒功率运行范围,以及整个调速范围内的高效率运行。首先,介绍了电动汽车的研究背景以及非稀土或少稀土类电机的研究意义,基于目前HPMM-BL电机的结构和研究现状,结合电动汽车驱动电机的应用特点,提出了一种新型的HPMM-BL电机。接着,在传统的永磁无刷电机设计理论的基础上,结合两种励磁永磁体和电动汽车用驱动电机多工况运行的特点,给出了电动汽车用HPMM-BL电机的设计方法,并详细阐述了该电机的结构及关键参数的设计和计算过程。然后,提出了基于电机额定运行点和多工况运行模式的综合优化方法,不仅实现了HPMM-BL电机在额定运行状况下的低齿槽转矩、高输出转矩和低成本,还拓宽了HPMM-BL电机的恒功率调速范围,提高了整个调速范围内的效率以及UDDS工况下的运行性能。由于铁氧体易被不可逆去磁,本文还分析了电机在额定负载及过载情况下的退磁性能。此外,通过对比分析所提HPMM-BL电机和同功率等级的纯稀土永磁无刷电机,进一步验证了该HPMM-BL电机具有较好的电磁性能和调速性能。最后,制造加工了HPMM-BL电机的样机,搭建了该样机的实验平台,并对电机的空载和负载特性进行了测试,研究结果验证了该电机结构和所提出的设计优化方法的合理性和正确性。
【关键词】：电动汽车 少稀土 组合励磁 恒功率调速范围 设计优化
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM351
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及研究意义11-13
• 1.2 国内外发展状况和研究现状13-18
• 1.2.1 少稀土或非稀土类电机的发展状况13-15
• 1.2.2 HPMM-BL电机的研究现状15-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-21
• 第二章 HPMM-BL电机的初始设计21-41
• 2.1 电机总体设计优化流程21-22
• 2.2 电机设计指标22
• 2.3 电机结构设计22-27
• 2.3.1 极槽配比的选择22-23
• 2.3.2 定子结构设计23-25
• 2.3.3 转子结构设计25-27
• 2.4 电机主要参数27-39
• 2.4.1 电机基本尺寸27-32
• 2.4.2 定子槽32-33
• 2.4.3 永磁体33-36
• 2.4.4 电枢绕组36-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 基于额定运行点的优化与性能分析41-57
• 3.1 HPMM-BL电机的参数化模型41-42
• 3.2 HPMM-BL电机的优化模型42-44
• 3.3 HPMM-BL电机基于额定运行点的优化分析44-53
• 3.3.1 HPMM-BL电机的敏感度分析44-46
• 3.3.2 HPMM-BL电机的优化仿真46-53
• 3.4 HPMM-BL电机优化前后电磁性能对比53-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 基于多工况运行的优化与性能分析57-83
• 4.1 电流控制策略57-61
• 4.2 恒功率调速范围的优化61-64
• 4.3 HPMM-BL电机优化前后的性能分析64-75
• 4.3.1 额定运行点的性能分析64-68
• 4.3.2 调速范围内的性能分析68-71
• 4.3.3 UDDS工况下整车运行的性能分析71-75
• 4.4 HPMM-BL电机的不可逆退磁性能分析75-77
• 4.5 HPMM-BL电机与REPM-BL电机的性能对比77-81
• 4.5.1 电机的结构及尺寸77-78
• 4.5.2 电机的电磁性能78-80
• 4.5.3 电机的调速性能80-81
• 4.6 HPMM-BL电机的最终结构尺寸81-82
• 4.7 本章小结82-83
• 第五章 HPMM-BL电机的样机与实验验证83-89
• 5.1 HPMM-BL电机的样机与实验平台83-85
• 5.2 HPMM-BL电机的实验波形85-87
• 5.2.1 HPMM-BL电机的空载反电势85
• 5.2.2 HPMM-BL电机的稳态运行特性85-86
• 5.2.3 HPMM-BL电机的动态运行特性86-87
• 5.3 本章小结87-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 总结89-90
• 6.2 展望90-91
• 参考文献91-97
• 致谢97-98
• 在学期间参与的科研项目98
• 在学期间发表论文98

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