永磁輪邊直驅(qū)動力總成結(jié)構(gòu)無論是高傳動效率還是有效減少車體空間占用等方面,都明顯優(yōu)于集中驅(qū)動結(jié)構(gòu)。而相較于傳統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機而言,外轉(zhuǎn)子永磁同步電機擁有更高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。該課題對電動汽車輪邊直驅(qū)電機進行研究。針對輪邊直驅(qū)電機的特殊需求,本文以輪邊直驅(qū)電機的拓撲結(jié)構(gòu)研究為主線,同時對電機的控制進行研究,最后計算溫度是否滿足要求。本文從汽車動力學特性角度出發(fā),根據(jù)輪邊驅(qū)動純電動汽車的動力特性指標要求,對電機性能參數(shù)進行校核,確定電機的性能參數(shù)。首先,合理選取電機極槽配合、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。接下來通過電機磁路算法計算電機主要尺寸、定子齒軛磁密、電磁負荷、空載反電勢等電機基本參數(shù)。在初步方案確定之后,用有限元軟件對電機額定工況、過載工況以及弱磁工況進行仿真計算。對于車用輪邊直驅(qū)電機來說,電機的振動對車輛的安全運行以及舒適性會產(chǎn)生很大影響,其中電機轉(zhuǎn)矩脈動是電機振動的重要來源,因此本文采用不均勻氣隙的方法降低電機齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動。最后針對于電機續(xù)航能力問題,分析了電機在整個運行區(qū)間的效率分布。對于純電動汽車來說,電機的控制策略對電機運行狀況有很重要的影響。因此,對輪邊直驅(qū)永磁電機的控制策略進行分析,設(shè)計了一款滑模速度控制器,相比于傳統(tǒng)的PI速度控制器,整個系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度有所提高,搭建永磁電機的矢量控制模型,仿真電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流波形,驗證了控制模型的可行性。由于輪邊直驅(qū)電機在額定工況長時間運行,在過載工況時電機輸出峰值轉(zhuǎn)矩,電機電流較大,電機的熱負荷以及銅耗偏高,因此電機在這兩個工況運行時溫度較高。為驗算永磁電機溫升能否滿足絕緣材料要求,建立了永磁電機溫度場仿真模型。計算電機在額定以及過載工況時的電機溫度分布,驗證電機能夠安全運行。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U469.72;TM341
【部分圖文】：

空載反電勢大小的選取應(yīng)充分考慮。圖 2.5 為電機在不帶負載情況下，同時電機轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時定子繞組感應(yīng)電動勢的波形。圖2.4 氣隙磁密 圖2.5 空載反電勢Fig. 2.4 Air gap magnetic density Fig. 2.5 Back EMF at no load電機的空載反電勢影響著電機在額定狀態(tài)下的效率以及功率因數(shù)。通常情況下，電機空載反電勢越接近額定電壓的時候，定子電流越小，電機效率越高。但是由于電機需要運行在峰值轉(zhuǎn)速的工況，此時將會引起負載反電勢過高，導致將會需要更大的去磁電流，這將會導致峰值轉(zhuǎn)速的時候，轉(zhuǎn)矩輸出達不到要求。因此，電機在額定轉(zhuǎn)速時的空載反電勢的大小的選取應(yīng)該謹慎考慮。仿真計算中，通過將路算與仿真相結(jié)合，合理調(diào)整電機漏磁系數(shù)。電機空載反電勢的有效值為 203.5V。與電機路算程序計算值基本一致。電機額定相電壓為 220V，空載反電勢標幺值為 0.93。這個數(shù)值保證額定工況運行時的效率以及功率因數(shù)的同時，也保證了峰值轉(zhuǎn)速工況的正常運行。

空載反電勢大小的選取應(yīng)充分考慮。圖 2.5 為電機在不帶負載情況下，同時電機轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時定子繞組感應(yīng)電動勢的波形。圖2.4 氣隙磁密 圖2.5 空載反電勢Fig. 2.4 Air gap magnetic density Fig. 2.5 Back EMF at no load電機的空載反電勢影響著電機在額定狀態(tài)下的效率以及功率因數(shù)。通常情況下，電機空載反電勢越接近額定電壓的時候，定子電流越小，電機效率越高。但是由于電機需要運行在峰值轉(zhuǎn)速的工況，此時將會引起負載反電勢過高，導致將會需要更大的去磁電流，這將會導致峰值轉(zhuǎn)速的時候，轉(zhuǎn)矩輸出達不到要求。因此，電機在額定轉(zhuǎn)速時的空載反電勢的大小的選取應(yīng)該謹慎考慮。仿真計算中，通過將路算與仿真相結(jié)合，合理調(diào)整電機漏磁系數(shù)。電機空載反電勢的有效值為 203.5V。與電機路算程序計算值基本一致。電機額定相電壓為 220V，空載反電勢標幺值為 0.93。這個數(shù)值保證額定工況運行時的效率以及功率因數(shù)的同時，也保證了峰值轉(zhuǎn)速工況的正常運行。

要考慮電機在其他工況運行時的性能。電機在空載時磁密云圖如圖 2.6 所示。定子齒部磁密約為 1.45T，軛部磁密約為 1.02T。均在合理的設(shè)計范圍之內(nèi)。圖2.6 空載磁密云圖Fig. 2.6 Magnetic density of no load2.3.2 輪邊直驅(qū)電機額定及峰值工況分析電機的額定工況是電機轉(zhuǎn)速為 800r/min、轉(zhuǎn)矩為 299N.m 時電機的狀態(tài)。由于輪邊直驅(qū)電機需要長期運行在此工況，因此額定工況時電機的運行狀態(tài)至關(guān)重要。通過對電機內(nèi)功率因數(shù)角掃描后，當額定電流為 41A、內(nèi)功角為8 時，額定轉(zhuǎn)矩為 299N.m。額定工況的轉(zhuǎn)矩波形如圖2.7 所示。圖2.7 電機額定工況的輸出轉(zhuǎn)矩Fig. 2.7 The rated torque of motor

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