电动汽车用模块化转子永磁型磁通切换电机分析与设计
发布时间：2021-10-18 07:46
转子永磁型磁通切换（rotor permanent magnet-flux switching,简称RPM-FS）电机是一种由传统定子永磁型磁通切换电机（stator permanent magnet-flux switching,简称SPM-FS）发展而来的新型结构磁通切换电机,具有高功率（转矩）密度、高效率、低转矩脉动等优点,在电动汽车驱动系统中展现出良好的应用前景。本文以该新型RPM-FS电机为研究对象,基于磁场调制原理揭示了该类电机的转矩产生机理,进而提出了RPM-FS电机的分析方法,建立了该电机数学模型与设计理论,并通过与SPM-FS电机的电磁特性比较,总结了其优点与不足。最后,试制RPM-FS样机,实验结果验证了理论分析的正确性,为该电机的进一步深入研究与发展应用奠定了基础。论文的主要创新点与研究内容包括如下几个方面:1.提出RPM-FS电机结构,揭示了其“磁通切换”原理,建立有限元模型完成了静态特性的准确计算。首先针对SPM-FS电机的缺点,提出了RPM-FS电机的拓扑结构,揭示了该电机亦遵循磁通切换原理,且继承了SPM-FS电机的绕组“一致性”与“互补性”。基于RPM-...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
集中式电机驱动系统
东南大学博士学位论文2图1-2特斯拉ModelS驱动系统§1.1.2.分布式轮毂电机驱动系统分布式轮毂驱动（图1-3），其显著结构特征是将多个驱动电机分散安装到车轮，并将驱动、传动、制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等机械传动总成，在显著减小车辆的簧载质量、缩短机械传递链和提高传动效率的同时，能大大简化电动汽车底盘结构[13]-[15]。在分布式轮毂驱动系统中，根据车辆的不同驱动要求，可灵活采用“前轮驱动”、“后轮驱动”以及“四轮独立驱动”等多种模式。英国的ProteanElectric以及加拿大的TM4公司等著名轮毂电机制造厂商常年来致力于轮毂电机驱动系统的研发，并已开发出多款具有高转矩密度、高集成度的轮毂电机产品，如图1-4所示[16],[17]。就国内而言，近年来，一汽集团、上汽集团、广汽集团、奇瑞汽车以及比亚迪等公司都在研制具有自主知识产权的轮毂驱动电动汽车。整车控制器电动机能量管理系统能量源电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机图1-3分布式轮毂电机驱动系统
第1章绪论3(a)(b)图1-4英国Protean轮毂电机驱动系统(a)驱动系统(b)轮毂电机拓扑§1.1.3.电动汽车驱动电机电机驱动系统，作为集中式电动汽车的关键核心部件，其性能的优劣，是衡量该类电动汽车是否具备优良动力性能和操控灵活性的关键因素之一。从20世纪开始，世界各大知名汽车公司便竞相开发出概念电动汽车，电机驱动系统在电动汽车应用也随之得到了广泛的探索和研究。著名的汽车公司，如丰田、本田、福特、大众以及宝马等均已经开发出多款具有高马力、高续航里程的电动汽车产品。相应的，电动汽车用电机驱动系统也向着高转矩密度、高集成度以及高效率的方向发展[18]-[20]。近年来，电动汽车用驱动电机多采用传统内嵌式转子永磁型无刷（InteriorPermanentMagnet，IPM）电机，例如宝马i3[21]、丰田Prius[22],[23]等驱动电机，其拓扑结构如图1-5和图1-6所示，电枢绕组采用传统分布式绕组，永磁体采用内置V型结构，通过改变永磁体排布方式（图1-5）或优化转子极弧形状（图1-6）改善反电势正弦特性，进而获得较好的转矩输出能力。经研究发现，虽然传统IPM电机具有高转矩密度、高效率的优势，但在电动汽车驱动系统应用中存在如下技术瓶颈[24]-[26]：（1）电枢磁场与永磁磁场相互耦合较大，永磁体退磁风险较高；（2）永磁体位于转子，在电机高速运行中需要考虑导磁桥的机械强度；（3）采用分布式绕组，绕组端部较长，增加铜耗，影响电机效率。(a)(b)图1-5宝马i3电动汽车驱动电机(a)定子结构(b)转子结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车多电机独立驱动技术研究综述[J]. 张多,刘国海,赵文祥,缪鹏虎,叶浩. 汽车技术. 2015(10)
[2]新型磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究[J]. 花为,程明,D．Howe. 中国电机工程学报. 2006(13)
[3]稀土永磁电机发展综述[J]. 唐任远. 电气技术. 2005(04)
博士论文
[1]双定子无刷双馈电机设计与驱动控制[D]. 韩鹏.东南大学 2017
本文编号：3442490
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
集中式电机驱动系统
东南大学博士学位论文2图1-2特斯拉ModelS驱动系统§1.1.2.分布式轮毂电机驱动系统分布式轮毂驱动（图1-3），其显著结构特征是将多个驱动电机分散安装到车轮，并将驱动、传动、制动装置都整合到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等机械传动总成，在显著减小车辆的簧载质量、缩短机械传递链和提高传动效率的同时，能大大简化电动汽车底盘结构[13]-[15]。在分布式轮毂驱动系统中，根据车辆的不同驱动要求，可灵活采用“前轮驱动”、“后轮驱动”以及“四轮独立驱动”等多种模式。英国的ProteanElectric以及加拿大的TM4公司等著名轮毂电机制造厂商常年来致力于轮毂电机驱动系统的研发，并已开发出多款具有高转矩密度、高集成度的轮毂电机产品，如图1-4所示[16],[17]。就国内而言，近年来，一汽集团、上汽集团、广汽集团、奇瑞汽车以及比亚迪等公司都在研制具有自主知识产权的轮毂驱动电动汽车。整车控制器电动机能量管理系统能量源电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机电机驱动轮毂电机图1-3分布式轮毂电机驱动系统
第1章绪论3(a)(b)图1-4英国Protean轮毂电机驱动系统(a)驱动系统(b)轮毂电机拓扑§1.1.3.电动汽车驱动电机电机驱动系统，作为集中式电动汽车的关键核心部件，其性能的优劣，是衡量该类电动汽车是否具备优良动力性能和操控灵活性的关键因素之一。从20世纪开始，世界各大知名汽车公司便竞相开发出概念电动汽车，电机驱动系统在电动汽车应用也随之得到了广泛的探索和研究。著名的汽车公司，如丰田、本田、福特、大众以及宝马等均已经开发出多款具有高马力、高续航里程的电动汽车产品。相应的，电动汽车用电机驱动系统也向着高转矩密度、高集成度以及高效率的方向发展[18]-[20]。近年来，电动汽车用驱动电机多采用传统内嵌式转子永磁型无刷（InteriorPermanentMagnet，IPM）电机，例如宝马i3[21]、丰田Prius[22],[23]等驱动电机，其拓扑结构如图1-5和图1-6所示，电枢绕组采用传统分布式绕组，永磁体采用内置V型结构，通过改变永磁体排布方式（图1-5）或优化转子极弧形状（图1-6）改善反电势正弦特性，进而获得较好的转矩输出能力。经研究发现，虽然传统IPM电机具有高转矩密度、高效率的优势，但在电动汽车驱动系统应用中存在如下技术瓶颈[24]-[26]：（1）电枢磁场与永磁磁场相互耦合较大，永磁体退磁风险较高；（2）永磁体位于转子，在电机高速运行中需要考虑导磁桥的机械强度；（3）采用分布式绕组，绕组端部较长，增加铜耗，影响电机效率。(a)(b)图1-5宝马i3电动汽车驱动电机(a)定子结构(b)转子结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车多电机独立驱动技术研究综述[J]. 张多,刘国海,赵文祥,缪鹏虎,叶浩. 汽车技术. 2015(10)
[2]新型磁通切换型双凸极永磁电机的静态特性研究[J]. 花为,程明,D．Howe. 中国电机工程学报. 2006(13)
[3]稀土永磁电机发展综述[J]. 唐任远. 电气技术. 2005(04)
博士论文
[1]双定子无刷双馈电机设计与驱动控制[D]. 韩鹏.东南大学 2017
本文编号：3442490
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3442490.html
