电动汽车驱动电机性能优化设计

发布时间：2017-10-23 23:24

  本文关键词：电动汽车驱动电机性能优化设计

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【摘要】：当今世界,汽车在人们出行中充当越来越重要的角色。然而,随着汽车的大量使用所带来的能源消耗、环境污染等一系列问题的突出,传统的汽车行业可持续发展正面临着挑战。如今,节能环保的出行工具正越来越受到关注,而电动汽车凭借着零排放、低噪声,转矩控制能力好等诸多优点无疑成为上述问题的最佳解决途径,得到了越来越快的发展。驱动电机性能的好坏决定着电动汽车整体性能,因此设计一款满足高效行驶的驱动电机显得至关重要。本文首先分析国内外电动汽车发展现状,介绍了常用类型的驱动电机及各自应用场合,最终决定使用永磁无刷直流电机作为本文的研究对象。然后根据所设计的驱动电机的性能要求确定设计的主要参数,利用磁路法和相关经验公式进行电动汽车驱动电机的初步电磁设计,建立电机仿真模型。电磁设计所做的的工作包括对主要尺寸,定子铁心和槽型尺寸、电枢绕组、转子永磁体等进行设计,利用Ansys Maxwell有限元软件对转子充磁方向、气隙长度、永磁体尺寸等关键参数进行有限元参数化分析,来获取最优设计参数,使整个电磁设计满足性能要求。然后对电机空载和负载下的瞬态磁场利用有限元软件分别进行电磁场仿真分析,验证磁路设计的合理性。电机空载时进行有限元仿真分析,得到电机空载时的磁力线、磁密分布,空载相反电动势、空载漏磁系数、空载时的铁耗曲线；负载时考虑起动工况和稳态工况两种情况,分别对两种工况下的磁场进行分析计算以及考虑负载下的电枢反应。接着,介绍了齿槽转矩的形成原因,然后利用有限元参数化分析主要从极槽配合、极弧系数、槽口宽度、定子斜槽这几个方面进行考虑,讨论如何降低齿槽转矩,并调整相应的设计参数。最后对转子涡流损耗进行了简单的分析。
【关键词】：永磁无刷直流电机 电动汽车 齿槽转矩 优化设计
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究目的与选题意义9
• 1.2 国内外发展现状9-12
• 1.2.1 国内现状10
• 1.2.2 国外发展现状10-11
• 1.2.3 驱动电机的类型及应用现状11-12
• 1.3 研究内容和研究路线12-14
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 研究路线13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 驱动电机的结构原理分析15-26
• 2.1 驱动电机的基本结构15-16
• 2.2 驱动电机的工作原理16-18
• 2.3 永磁无刷直流电机的数学模型18-21
• 2.4 磁路分析法21-24
• 2.4.1 磁路法的基本原理21
• 2.4.2 永磁无刷直流电机的等效磁路21-24
• 2.5 电动汽车驱动电机技术指标的确定24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 基于有限元的电磁方案设计26-46
• 3.1 永磁无刷直流电机的电磁设计26-32
• 3.1.1 主要尺寸确定26-27
• 3.1.2 定子铁心和槽型设计27-29
• 3.1.3 绕组设计29-30
• 3.1.4 永磁材料选择30
• 3.1.5 极数和极弧系数的选择30-31
• 3.1.6 电动汽车驱动电机模型建立31-32
• 3.2 永磁无刷直流电机的有限元分析方法32-45
• 3.2.1 有限元方法简介32-33
• 3.2.2 有限元软件Ansys在电机设计中的作用33-34
• 3.2.3 网格剖分34-35
• 3.2.4 转子设计35-37
• 3.2.5 充磁方向设计37-41
• 3.2.6 气隙长度选择41-42
• 3.2.7 永磁体尺寸确定42-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 驱动电机性能优化分析46-76
• 4.1 电机空载瞬态性能分析46-55
• 4.1.1 空载磁场计算46-50
• 4.1.2 空载漏磁系数计算50-51
• 4.1.3 空载反电动势计算51-53
• 4.1.4 齿槽转矩计算53
• 4.1.5 空载下铁耗研究53-55
• 4.2 电机负载性能分析55-64
• 4.2.1 外电路加载55-57
• 4.2.2 电机负载特性分析57-61
• 4.2.3 电机负载磁场计算61-63
• 4.2.4 永磁无刷直流电机的电枢反应63-64
• 4.3 电动汽车用无刷直流电机齿槽转矩抑制方法64-73
• 4.3.1 齿槽转矩形成机理65-67
• 4.3.2 极槽配合对齿槽转矩的影响67-69
• 4.3.3 极弧系数对齿槽转矩的影响69-71
• 4.3.4 槽口宽度对齿槽转矩的影响71-72
• 4.3.5 定子斜槽对齿槽转矩的影响72-73
• 4.4 转子涡流损耗的研究73-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 样机的试制76-79
• 5.1 样机的具体参数76-77
• 5.2 样机的制作77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 本文总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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本文编号：1085915