發(fā)布時(shí)間：2020-09-20 21:34

　　 永磁輪邊直驅(qū)動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)無(wú)論是高傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)。而相較于傳統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)而言,外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)擁有更高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。該課題對(duì)電動(dòng)汽車輪邊直驅(qū)電機(jī)進(jìn)行研究。針對(duì)輪邊直驅(qū)電機(jī)的特殊需求,本文以輪邊直驅(qū)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究為主線,同時(shí)對(duì)電機(jī)的控制進(jìn)行研究,最后計(jì)算溫度是否滿足要求。本文從汽車動(dòng)力學(xué)特性角度出發(fā),根據(jù)輪邊驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力特性指標(biāo)要求,對(duì)電機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行校核,確定電機(jī)的性能參數(shù)。首先,合理選取電機(jī)極槽配合、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。接下來(lái)通過(guò)電機(jī)磁路算法計(jì)算電機(jī)主要尺寸、定子齒軛磁密、電磁負(fù)荷、空載反電勢(shì)等電機(jī)基本參數(shù)。在初步方案確定之后,用有限元軟件對(duì)電機(jī)額定工況、過(guò)載工況以及弱磁工況進(jìn)行仿真計(jì)算。對(duì)于車用輪邊直驅(qū)電機(jī)來(lái)說(shuō),電機(jī)的振動(dòng)對(duì)車輛的安全運(yùn)行以及舒適性會(huì)產(chǎn)生很大影響,其中電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是電機(jī)振動(dòng)的重要來(lái)源,因此本文采用不均勻氣隙的方法降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。最后針對(duì)于電機(jī)續(xù)航能力問(wèn)題,分析了電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間的效率分布。對(duì)于純電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō),電機(jī)的控制策略對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀況有很重要的影響。因此,對(duì)輪邊直驅(qū)永磁電機(jī)的控制策略進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度有所提高,搭建永磁電機(jī)的矢量控制模型,仿真電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流波形,驗(yàn)證了控制模型的可行性。由于輪邊直驅(qū)電機(jī)在額定工況長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,在過(guò)載工況時(shí)電機(jī)輸出峰值轉(zhuǎn)矩,電機(jī)電流較大,電機(jī)的熱負(fù)荷以及銅耗偏高,因此電機(jī)在這兩個(gè)工況運(yùn)行時(shí)溫度較高。為驗(yàn)算永磁電機(jī)溫升能否滿足絕緣材料要求,建立了永磁電機(jī)溫度場(chǎng)仿真模型。計(jì)算電機(jī)在額定以及過(guò)載工況時(shí)的電機(jī)溫度分布,驗(yàn)證電機(jī)能夠安全運(yùn)行。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U469.72;TM341
【部分圖文】：

空載反電勢(shì)大小的選取應(yīng)充分考慮。圖 2.5 為電機(jī)在不帶負(fù)載情況下，同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形。圖2.4 氣隙磁密 圖2.5 空載反電勢(shì)Fig. 2.4 Air gap magnetic density Fig. 2.5 Back EMF at no load電機(jī)的空載反電勢(shì)影響著電機(jī)在額定狀態(tài)下的效率以及功率因數(shù)。通常情況下，電機(jī)空載反電勢(shì)越接近額定電壓的時(shí)候，定子電流越小，電機(jī)效率越高。但是由于電機(jī)需要運(yùn)行在峰值轉(zhuǎn)速的工況，此時(shí)將會(huì)引起負(fù)載反電勢(shì)過(guò)高，導(dǎo)致將會(huì)需要更大的去磁電流，這將會(huì)導(dǎo)致峰值轉(zhuǎn)速的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩輸出達(dá)不到要求。因此，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的空載反電勢(shì)的大小的選取應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮。仿真計(jì)算中，通過(guò)將路算與仿真相結(jié)合，合理調(diào)整電機(jī)漏磁系數(shù)。電機(jī)空載反電勢(shì)的有效值為 203.5V。與電機(jī)路算程序計(jì)算值基本一致。電機(jī)額定相電壓為 220V，空載反電勢(shì)標(biāo)幺值為 0.93。這個(gè)數(shù)值保證額定工況運(yùn)行時(shí)的效率以及功率因數(shù)的同時(shí)，也保證了峰值轉(zhuǎn)速工況的正常運(yùn)行。

空載反電勢(shì)大小的選取應(yīng)充分考慮。圖 2.5 為電機(jī)在不帶負(fù)載情況下，同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形。圖2.4 氣隙磁密 圖2.5 空載反電勢(shì)Fig. 2.4 Air gap magnetic density Fig. 2.5 Back EMF at no load電機(jī)的空載反電勢(shì)影響著電機(jī)在額定狀態(tài)下的效率以及功率因數(shù)。通常情況下，電機(jī)空載反電勢(shì)越接近額定電壓的時(shí)候，定子電流越小，電機(jī)效率越高。但是由于電機(jī)需要運(yùn)行在峰值轉(zhuǎn)速的工況，此時(shí)將會(huì)引起負(fù)載反電勢(shì)過(guò)高，導(dǎo)致將會(huì)需要更大的去磁電流，這將會(huì)導(dǎo)致峰值轉(zhuǎn)速的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩輸出達(dá)不到要求。因此，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的空載反電勢(shì)的大小的選取應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮。仿真計(jì)算中，通過(guò)將路算與仿真相結(jié)合，合理調(diào)整電機(jī)漏磁系數(shù)。電機(jī)空載反電勢(shì)的有效值為 203.5V。與電機(jī)路算程序計(jì)算值基本一致。電機(jī)額定相電壓為 220V，空載反電勢(shì)標(biāo)幺值為 0.93。這個(gè)數(shù)值保證額定工況運(yùn)行時(shí)的效率以及功率因數(shù)的同時(shí)，也保證了峰值轉(zhuǎn)速工況的正常運(yùn)行。

要考慮電機(jī)在其他工況運(yùn)行時(shí)的性能。電機(jī)在空載時(shí)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(jì)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(jī)額定及峰值工況分析電機(jī)的額定工況是電機(jī)轉(zhuǎn)速為 800r/min、轉(zhuǎn)矩為 299N.m 時(shí)電機(jī)的狀態(tài)。由于輪邊直驅(qū)電機(jī)需要長(zhǎng)期運(yùn)行在此工況，因此額定工況時(shí)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)電機(jī)內(nèi)功率因數(shù)角掃描后，當(dāng)額定電流為 41A、內(nèi)功角為8 時(shí)，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(jī)額定工況的輸出轉(zhuǎn)矩Fig. 2.7 The rated torque of motor

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