【摘要】：輪轂驅(qū)動作為未來電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,性能要求的核心是轉(zhuǎn)矩密度大、轉(zhuǎn)速范圍寬以及較強的短時過載能力。本文根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,設(shè)計了一臺70kW輪轂驅(qū)動電機,主要研究內(nèi)容如下:分析比較了應(yīng)用于輪轂驅(qū)動系統(tǒng)的電機類型及其優(yōu)缺點,為滿足極高的轉(zhuǎn)矩密度要求,永磁同步電機是首選方案。比較各種永磁同步電機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),結(jié)合目標(biāo)應(yīng)用場合進(jìn)做了可行性分析。軸向磁通電機、徑向磁通外轉(zhuǎn)子電機理論上具有更高的轉(zhuǎn)矩密度,但其特點不適用于目標(biāo)場合。整數(shù)槽分布繞組結(jié)構(gòu)降低了鐵心有效部分尺寸,轉(zhuǎn)矩密度低于分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機。單元電機槽極配合的選取主要依照轉(zhuǎn)矩輸出能力、電樞磁勢諧波含量及齒槽轉(zhuǎn)矩三個原則,選取8極9槽作為單元電機槽極配合。在確定單元電機數(shù)時,主要從轉(zhuǎn)矩輸出、繞組散熱及轉(zhuǎn)子磁極的漏磁角度考慮,32極36槽是較為合理的槽極配合。另外,作為對比方案的30極36槽電機可以使用相同的定子部分,僅需改變繞組單個線圈的連接順序,可以認(rèn)為由3個10極12槽單元電機構(gòu)成。表貼式結(jié)構(gòu)的弱磁擴速能力弱于內(nèi)嵌式電機,同時內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的磁阻轉(zhuǎn)矩可以提高電機的轉(zhuǎn)矩密度。上述結(jié)論并不適用于分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機,其輸出轉(zhuǎn)矩中電磁轉(zhuǎn)矩占絕大部分,磁阻轉(zhuǎn)矩提高轉(zhuǎn)矩密度的效應(yīng)計及轉(zhuǎn)子上的漏磁后可以忽略不計。分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機諧波電感和漏電感顯著增強了電機的弱磁擴速能力�？偨Y(jié)電磁計算等效磁路法和有限元法的理論基礎(chǔ)和基本流程。電磁設(shè)計基本流程為:選取三個典型工作點作為分析的著眼點,使用等效磁路法快速計算電磁性能并調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸和電磁參量,直到性能滿足設(shè)計指標(biāo),使用有限元法對電磁性能進(jìn)行校核。歸納輪轂驅(qū)動永磁同步電機損耗的主要來源、計算方法及不同工作點下?lián)p耗的特點。采用集總參數(shù)熱阻熱路法計算電機溫升,高轉(zhuǎn)速工作點的損耗大于額定工作點,選取高轉(zhuǎn)速工作點進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析。將S9工作制做簡化等效,計算等效S8工作制下的暫態(tài)溫升。制作分?jǐn)?shù)槽集中繞組輪轂驅(qū)動永磁同步電機樣機,完了電機基本參數(shù)的初步測試,空載反電勢測試結(jié)果與仿真結(jié)果具有良好的一致性,初步驗證設(shè)計方法和相關(guān)理論的正確性,后續(xù)的負(fù)載測試試驗平臺正在搭建中。
[Abstract]:Hub drive is the main developing direction of electric vehicle drive system in the future. The core of performance requirement is high torque density, wide speed range and strong short time overload ability. According to the technical requirements, a 70kW hub drive motor is designed in this paper. The main research contents are as follows: the type of motor used in the hub drive system and its advantages and disadvantages are analyzed and compared, in order to meet the requirements of extremely high torque density. Permanent magnet synchronous motor is the first choice. The topology of permanent magnet synchronous motor is compared and the feasibility analysis is made in combination with the target application. Axial flux motor and radial flux outer rotor motor have higher torque density in theory, but their characteristics are not suitable for target situations. The distributed winding structure of integer slot reduces the effective part size of iron core, and the torque density is lower than that of fractional slot concentrated winding motor. According to the three principles of torque output capacity, armature magnetic potential harmonic content and tooth slot torque, 8 poles and 9 grooves are selected as the unit motor grooves. In determining the number of unit motors, it is more reasonable to consider 36 slots with 32 poles from the angle of torque output, winding heat dissipation and magnetic flux leakage of rotor pole. In addition, the 30 pole 36 slot motor can use the same stator part, and only need to change the connection sequence of the single winding coil, which can be considered as three 10 pole 12 slot unit motor. The weak magnetic expansion ability of the surface structure is weaker than that of the embedded motor, and the magnetoresistive torque of the embedded structure can increase the torque density of the motor. These conclusions are not suitable for fractional slot concentrated winding motor. The electromagnetic torque accounts for most of the output torque. The effect of increasing the torque density of the reluctance torque can be ignored after the flux leakage on the rotor is taken into account. The harmonic inductance and leakage inductance of fractional slot concentrated winding motor greatly enhance the weak magnetic expansion ability of the motor. The theoretical basis and flow chart of equivalent magnetic circuit method and finite element method for electromagnetic calculation are summarized. The basic flow of electromagnetic design is as follows: selecting three typical working points as the starting point of the analysis, using the equivalent magnetic circuit method to calculate the electromagnetic properties quickly and adjust the structure dimensions and electromagnetic parameters until the performance meets the design criteria. The finite element method is used to check the electromagnetic performance. The main source of loss of permanent magnet synchronous motor driven by wheel hub, the calculation method and the characteristics of loss at different working points are summarized. The lumped parameter thermal resistance heat path method is used to calculate the temperature rise of the motor. The loss of the high speed working point is greater than the rated working point, and the steady state thermal analysis is carried out by selecting the high rotational speed working point. The S9 operation is simplified and equivalent, and the transient temperature rise under the equivalent S8 operating system is calculated. The prototype of permanent magnet synchronous motor driven by fractional slot concentrated winding hub is made, and the basic parameters of the motor are preliminarily tested. The results of no-load back-EMF test are in good agreement with the simulation results, and the correctness of the design method and related theories is preliminarily verified. The following load test platform is being built.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM341

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本文編號：2222635