无刷化双转子磁通切换永磁电机电磁性能及温度场分析

发布时间：2017-06-06 00:17

  本文关键词：无刷化双转子磁通切换永磁电机电磁性能及温度场分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染和能源危机问题的迫在眉睫,大力发展电动汽车已成为各国政府和全球汽车制造商的共识。近年来,由于增程式电动汽车不仅兼顾了纯电动汽车“零排放”的优势,同时具有续航里程长的特点,因而受到了领域内的广泛关注和高度重视。双转子永磁电机由于其高功率密度、高转矩密度、高效率以及灵活的运行模式等优点在增程式电动汽车混合动力系统中具有潜在的应用前景。该类电机通常由两个永磁电机巧妙结合而成,因此不仅实现了空间集成度的提升,而且具有多样的功率分配模式,满足现代增程式电动汽车的应用特点。然而,在电机实际运行过程中,也正是由于该优点,使得双转子类永磁电机相比传统单转子类永磁电机具有更高的温升幅度。尤其,随着城市车辆行驶工况日趋复杂,频繁的运行模式转换和有限的运行空间给该类电机带来了不可忽视的温升影响,使得电机的运行性能难以持续维持在一个相对较高的水准。因此,对该类电机精确的温度场分析以及不同温度对电机运行性能产生的实际影响进行研究显得尤为重要。本文以一种无刷化双转子磁通切换永磁电机(Brushless Double-Rotor Flux Switching Permanent Magnet motor,BDR-FSPM motor)为研究对象,对该类双转子电机的基本电磁性能、运行温升以及基于电-热双向耦合的电磁性能进行深入研究分析,文章的主要内容如下:首先,本文根据增程式电动汽车用电机的需求,以BDR-FSPM电机为研究对象。建立该电机的仿真模型,进行电机基本电磁性能分析以及电机损耗计算,为后续BDR-FSPM电机温度场分析及基于电-热双向耦合方法进行电磁性能分析奠定基础。其次,根据BDR-FSPM电机的结构特点,建立了电机的三维温度场模型,对该电机的温度分布计算分析。由于车辆运行工况的复杂性,对BDR-FSPM电机在不同负载下和不同工作模式下的温度分布进行了分析。在此基础上,针对BDR-FSPM电机的结构特点进行通风冷却系统的设计,并建立该冷却系统温度场模型,对电机进行散热效果的分析,为后续基于电-热双向耦合方法进行电磁性能分析奠定基础。再次,在对电机进行基本电磁性能分析及温度场分析的基础上,介绍电机中材料的温度特性,主要包括硅钢片、绕组导线以及永磁体,并建立不同温度下永磁体的退磁模型。根据电机中材料的温度特性,融合一种电-热双向耦合分析方法,对BDR-FSPM电机进行实时电磁性能分析,深入研究温度对电机性能的影响,为后续实验提供理论数据依据。最后,加工了BDR-FSPM电机原理样机,并搭建样机的实验平台,进行原理电机的基本性能测试,实验结果验证了该原理电机设计的合理性,同时也验证了电-热双向耦合分析方法的有效性。
【关键词】：无刷化双转子磁通切换永磁电机 电磁性能分析 温度场分析 通风冷却散热 电-热双向耦合分析
【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】：TM351
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 增程式电动汽车研究现状12-13
• 1.2.2 双转子电机的研究现状13-15
• 1.2.3 电机温升计算的研究现状15-16
• 1.2.4 电机冷却系统的研究现状16-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 第二章 BDR-FSPM电机的电磁性能分析19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 电机的拓扑结构19-21
• 2.3 电磁性能有限元仿真21-28
• 2.3.1 磁场分布21-23
• 2.3.2 永磁磁链23-24
• 2.3.3 空载反电动势24-25
• 2.3.4 气隙磁密25-27
• 2.3.5 转矩27-28
• 2.4 损耗分析28-33
• 2.4.1 绕组铜耗29
• 2.4.2 铁心损耗29-31
• 2.4.3 永磁体涡流损耗31-33
• 2.5 本章小节33-35
• 第三章 BDR-FSPM电机的温度场分析35-57
• 3.1 引言35-36
• 3.2 传热方式36-37
• 3.3 温度场的参数计算37-42
• 3.3.1 定转子铁心导热系数38-39
• 3.3.2 气隙导热系数39-40
• 3.3.3 定子槽和绕组导热系数40-41
• 3.3.4 散热系数的确定41-42
• 3.4 温度场模型的建立42-44
• 3.4.1 温度场数学模型的建立42-43
• 3.4.2 求解域边界条件的确定43-44
• 3.5 电机有限元温度场分析44-51
• 3.5.1 热模型温度场仿真45-49
• 3.5.2 不同负载的BDR-FSPM电机温度分析49-50
• 3.5.3 不同工作模式的BDR-FSPM电机温度分析50-51
• 3.6 电机通风冷却系统51-56
• 3.6.1 电机通风冷却结构52-53
• 3.6.2 冷却结果分析53-56
• 3.7 本章小节56-57
• 第四章 基于电-热双向耦合的电磁性能分析57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 电机材料的温度特性57-61
• 4.2.1 绕组的温度特性58
• 4.2.2 硅钢片的温度特性58
• 4.2.3 永磁体的温度特性58-61
• 4.3 电-热双向耦合分析方法61-63
• 4.4 考虑温升的电磁性能变化63-66
• 4.4.1 空载反电动势63
• 4.4.2 气隙磁密63-64
• 4.4.3 转矩64-66
• 4.5 本章小节66-67
• 第五章 BDR-FSPM电机的样机与实验67-73
• 5.1 引言67
• 5.2 BDR-FSPM电机的样机和实验平台67-70
• 5.3 BDR-FSPM电机实验结果70-72
• 5.4 本章小节72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 在学期间发表论文81
• 在学期间参与的科研项目81

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