基于三维多物理场仿真的电动轮组合铁芯轮毂电机性能研究

发布时间：2020-08-03 13:20

【摘要】：采用轮毂电机直接驱动,是电动汽车的未来发展方向。相比目前大多采用的径向磁场电机,盘式电机具有功率密度高、低速大转矩、转矩波动小、轴向长度小等特点,非常适合作为轮毂直驱电机。本文围绕设计高驱动性能、高可靠性的电动轮驱动电机的目标进行电机的结构设计,电磁场分析、损耗和温度场分析。根据轮内空间尺寸条件和定子水冷散热要求,提出了一种新型轮内集成电动车轮,将悬架系统、传动机构、驱动电机和制动机构等装置集成于轮内,并对各机构进行参数设计。提出组合式铁芯的轮毂电机新构型,即解决了电机散热装置的安装问题,又提高了电机的功率密度。围绕设计高驱动性能、高可靠性轮毂电机的目标,对驱动电机进行动力参数和结构设计,并提供电机的槽极数配合、绕组排列方式等关键参数的设计依据基于Maxwell 3D有限元仿真软件,建立电机模型,对电机的稳态磁场、瞬态磁场进行分析。首先得到电机的三维磁通密度分布,电机没有出现磁密饱和,漏磁较少,验证了电磁设计的合理性。仿真得到电机的齿槽转矩,电磁转矩和反电动势等重要性能参数,分析出电机具有较好的运行特性。研究减小电机的转矩波动问题,提出通过优化极槽数配合、减小定子槽宽度和优化极弧系数的方法,有效削弱了电机齿槽转矩,提高了轮毂电机的可靠性。电机的热源来自于电机的各种损耗,电机损耗的大小及分布不同,会对电机的温度场带来不同影响,同时也会影响电机的效率。本文运用Maxwell 3D软件,详细分析了不同工况下电机的绕组铜损、铁心磁滞损耗和涡流损耗的大小及其分布情况。电机的温升决定着电机的寿命和可靠性。对电机的绕组、定转子间气隙进行合理等效,建立温度场仿真首先模型,求解出电机的传热系数。运用Fluent进行稳态、暂态温度场有限元分析,得到轮毂电机在不同工况下的稳态温度场分布和温升曲线。设计电机的水路结构,计算出了循环冷却液的流速,为电机的散热控制系统提供设计依据。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

2010年，Aydin M、HuangS等人又提出一种混合励磁的盘式电机，它由电枢绕组、双定子、双转子和直流励磁绕组组成，如图1-1所示，利用励磁绕组实现弱磁调速，调速范围较宽[16]。2014年，日本的Kodai Sone等人推出了采用铁氧体作为永磁材料的双定子单转子盘式电机，

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文3其结构如图1-2所示，该团队利用有限元仿真和实验验证了该电机的功率可高达10KW[17]。图 1-1 新型混合励磁盘式电机图 1-2 采用铁氧体材料的盘式电机功率密度和转矩密度是盘式电机的重要性能指标，2002年Huang.S、Aydin.M等人对比研究了盘式电机和普通径向磁场电机，得出比功率、、效率、散热、转矩密度等参数的比较数据，如图1-3所示，并得出无槽结构中间定子的结构的盘式电机具有最好的转矩密度，比功率和散热性能[18]。（a）功率转矩密度比 （b）比功率

功率密度和转矩密度是盘式电机的重要性能指标，2002年Huang.S、Aydin.M等人对比研究了盘式电机和普通径向磁场电机，得出比功率、、效率、散热、转矩密度等参数的比较数据，如图1-3所示，并得出无槽结构中间定子的结构的盘式电机具有最好的转矩密度，比功率和散热性能[18]。（a）功率转矩密度比 （b）比功率

【参考文献】

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本文编号：2779690