电动车用集成型五相永磁同步电机关键技术研究
发布时间：2021-09-25 12:24
随着电动汽车行业的快速发展,整车厂商对于电动汽车的动力来源——电机提出了更高指标要求,即高功率密度、高效率、强热管理能力、宽调速范围。为满足电动汽车对于驱动电机的高指标要求,本文提出一种电机与控制器集成设计的结构方案,即把控制器放置在定子端部绕组处,控制器直接控制电机,减少多余线束损耗,电机与控制器共用一套水冷机壳,大幅减小电动汽车动力模块的体积,从而大幅提升电机-控制器功率密度。通过给定的技术指标,本文在进行电机电磁设计时,充分考虑集成电机控制侧对电机侧的影响,按照电机电磁设计流程设计了一台峰值功率110k W,最高转速15000rpm的五相内置式永磁同步电机,并对电机极槽配合、磁极结构、损耗抑制、温度场、空间矢量调制等问题进行分析研究。首先,针对控制器安装在定子绕组端部位置,进行电机结构设计,研究多相分数槽电机极槽配合对磁阻转矩的影响规律,搭建电磁仿真模型,完成电磁方案初步设计。其次,对内置式电机在不同电流控制策略的峰值转矩和最高转速的影响参数进行研究分析,研究分析不同情况下凸极比和弱磁率对峰值转矩和最高转速的影响规律。对V一型磁极和U型磁极结构的过载能力和弱磁能力进行研究分析,分...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转子Spoke磁极结构
、双层V字形、三层V字形磁极结构下的气隙磁密谐波含量、转矩输出及弱磁能力、损耗分布和效率大小进行了研究分析，研究表明采用多层磁极结构+U可以较好的优化气隙磁密，在高速弱磁区的铁耗和效率都由于其他转子结构。北京理工大学的刘向东教授对常用的内置式磁极结构Spoke磁极、一字型磁极、U型磁极、V型磁极四种转子磁极结构进行了研究分析[26]，在考虑铁芯饱和、交叉磁化及永磁体产生磁链的变化对直交轴电感产生的作用时，分别对比了四种磁极结构在多种电磁性能的结果，研究表明V字形磁极结构更能够满足电机设计要求，如图1-4所示。a)Spoke磁极b)一字型磁极c)U字形磁极d)V字形磁极图1-4转子磁极结构1.2.4损耗计算电机损耗主要为电机绕组铜耗、定转子铁芯损耗、磁钢涡流损耗、风磨损耗等损耗。为了保证电机温升不会超过电机才来的温升限制，需要对电机损耗进行研究分析。电机铁芯损耗占据了电机损耗的较大比例，但铁芯损耗涉及较多的电磁参数和材料参数，不容易计算准确，现在比较常用计算方法是将铁芯损耗分为三部分，
E.A.Klingshirn学者指出在电机与逆变器之间加装谐波滤波器[40]，可以大幅减低定子电流当中包含的谐波成分，推导了这种谐波滤波器的电感值的求解公式，使得在谐波滤波器不影响基波电流的基础上有效抑制定子电流当中的谐波成分。中国科学院的薛山博士对多相电机的驱动技术进行了总结分析[41]，通过对传统SVPWM调制算法的研究分析，指出传统SVPWM调制算法存在的不足，并提出了正交矢量空间多维SVPWM方法，解决传统空间矢量调制算法产生的不可控电流谐波问题。文献[42]对五相电机的两种正弦和非正弦绕组进行了建模分析[42]，如图1-5所示，对两种绕组的空间矢量控制方式进行了研究分析，得出对于非正弦绕组可以采用三次谐波电流方法，从而提高电机的输出转矩，得出五相电机的最大四矢量调制算法能够减少五相电流中的谐波含量，电机转矩脉动较校图1-5非正弦绕组矢量控制原理框图北京交通大学的王程程副教授在功率开器件具有严格限制的条件下[43]，采多模调制策略，提出了几种不同脉冲数的同步调制策略，针对开关频率较低的应用场合，提出多模式SVPWM调制策略，在高功率密度的样机中进行了实验验证。印度海得拉巴理工大学的V.JanakiRamaiah学者对控制器在不同转速下的控制方式进行了研究分析[44]，发现当电机在低速区运行时，采用六边形SVPWM
本文编号：3409735
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转子Spoke磁极结构
、双层V字形、三层V字形磁极结构下的气隙磁密谐波含量、转矩输出及弱磁能力、损耗分布和效率大小进行了研究分析，研究表明采用多层磁极结构+U可以较好的优化气隙磁密，在高速弱磁区的铁耗和效率都由于其他转子结构。北京理工大学的刘向东教授对常用的内置式磁极结构Spoke磁极、一字型磁极、U型磁极、V型磁极四种转子磁极结构进行了研究分析[26]，在考虑铁芯饱和、交叉磁化及永磁体产生磁链的变化对直交轴电感产生的作用时，分别对比了四种磁极结构在多种电磁性能的结果，研究表明V字形磁极结构更能够满足电机设计要求，如图1-4所示。a)Spoke磁极b)一字型磁极c)U字形磁极d)V字形磁极图1-4转子磁极结构1.2.4损耗计算电机损耗主要为电机绕组铜耗、定转子铁芯损耗、磁钢涡流损耗、风磨损耗等损耗。为了保证电机温升不会超过电机才来的温升限制，需要对电机损耗进行研究分析。电机铁芯损耗占据了电机损耗的较大比例，但铁芯损耗涉及较多的电磁参数和材料参数，不容易计算准确，现在比较常用计算方法是将铁芯损耗分为三部分，
E.A.Klingshirn学者指出在电机与逆变器之间加装谐波滤波器[40]，可以大幅减低定子电流当中包含的谐波成分，推导了这种谐波滤波器的电感值的求解公式，使得在谐波滤波器不影响基波电流的基础上有效抑制定子电流当中的谐波成分。中国科学院的薛山博士对多相电机的驱动技术进行了总结分析[41]，通过对传统SVPWM调制算法的研究分析，指出传统SVPWM调制算法存在的不足，并提出了正交矢量空间多维SVPWM方法，解决传统空间矢量调制算法产生的不可控电流谐波问题。文献[42]对五相电机的两种正弦和非正弦绕组进行了建模分析[42]，如图1-5所示，对两种绕组的空间矢量控制方式进行了研究分析，得出对于非正弦绕组可以采用三次谐波电流方法，从而提高电机的输出转矩，得出五相电机的最大四矢量调制算法能够减少五相电流中的谐波含量，电机转矩脉动较校图1-5非正弦绕组矢量控制原理框图北京交通大学的王程程副教授在功率开器件具有严格限制的条件下[43]，采多模调制策略，提出了几种不同脉冲数的同步调制策略，针对开关频率较低的应用场合，提出多模式SVPWM调制策略，在高功率密度的样机中进行了实验验证。印度海得拉巴理工大学的V.JanakiRamaiah学者对控制器在不同转速下的控制方式进行了研究分析[44]，发现当电机在低速区运行时，采用六边形SVPWM
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