【摘要】：近二十年來(lái),磁通切換永磁(Flux-Switching Permanent-Magnet,簡(jiǎn)稱(chēng)FSPM)電機(jī)因其結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)勢(shì),是新能源電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。FSPM電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵心都為雙凸極結(jié)構(gòu),定子上均衡分布集中式電樞繞組線(xiàn)圈,轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體又無(wú)繞組。由于結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的特有聚磁效應(yīng)、繞組一致性與互補(bǔ)性等特點(diǎn),使得在采用集中繞組及直槽轉(zhuǎn)子的條件下,就可以獲得正弦度較高的每相空載永磁磁鏈與空載感應(yīng)電勢(shì),特別適合于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波動(dòng)要求較高的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此外,由于永磁體置于定子,使得FSPM電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)不存在永磁體脫落的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)永磁體與定子鐵心及外殼直接接觸,有利于永磁體的冷卻�；谏鲜鰞�(yōu)勢(shì),本文以一臺(tái)應(yīng)用于輕混型電動(dòng)汽車(chē)起動(dòng)與發(fā)電一體(Integrated Starter-Generator,ISG)的FSPM電機(jī)作為研究對(duì)象�；跁r(shí)步有限元法計(jì)算FSPM電機(jī)的鐵耗大小,將計(jì)算所得損耗作為熱源導(dǎo)入電機(jī)三維有限元模型,仿真得到電機(jī)不同工況下的溫升分布。在相同工況下,進(jìn)行溫升試驗(yàn),所得測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證所建溫度場(chǎng)仿真模型的準(zhǔn)確性。最后,分析FSPM電機(jī)現(xiàn)有冷卻水道的性能,并提出冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括如下部分:1、闡述本課題的研究背景與永磁電機(jī)繞組損耗計(jì)算、鐵耗計(jì)算、永磁體渦流損耗計(jì)算、溫度場(chǎng)計(jì)算、空冷冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和液冷冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀。2、考慮直流偏磁對(duì)電機(jī)鐵耗的影響,基于時(shí)步有限元法計(jì)算電機(jī)鐵耗,并將計(jì)算結(jié)果與有限元軟件Maxwell和JMAG的鐵耗仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)有限元仿真得到電機(jī)永磁體和冷卻機(jī)殼內(nèi)的渦流損耗,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗,通過(guò)電機(jī)空載試驗(yàn)測(cè)量電機(jī)總損耗,驗(yàn)證損耗計(jì)算的準(zhǔn)確性。3、利用FLUENT軟件得到不同工況下電機(jī)各部件瞬態(tài)溫度變化曲線(xiàn)和穩(wěn)態(tài)溫度分布。相同工況下,在混合動(dòng)力平臺(tái)上,進(jìn)行電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn),測(cè)量電機(jī)瞬時(shí)溫度和穩(wěn)態(tài)溫度,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性。4、結(jié)合電機(jī)現(xiàn)有的水冷結(jié)構(gòu),依據(jù)傳熱學(xué)原理推導(dǎo)出電機(jī)定子中心溫度與冷卻液流速間的關(guān)系,探究冷卻水道入口流量對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)性能的影響。在電機(jī)溫升試驗(yàn)中通過(guò)變頻水泵改變冷卻結(jié)構(gòu)入口流量,測(cè)量不同入口流量下電機(jī)的穩(wěn)態(tài)溫度分布,驗(yàn)證FLUENT仿真結(jié)果,并對(duì)冷卻水道幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM351
【圖文】：

8圖1-2 混合動(dòng)力車(chē)用感應(yīng)電機(jī)疊片結(jié)構(gòu)圖1-3 電機(jī)冷卻環(huán)和定子液冷冷卻能力強(qiáng)，適用于高功率密度、高過(guò)載能力車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但是應(yīng)該結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的工況，選用合適的液冷介質(zhì)與合理的冷卻結(jié)構(gòu)，并可靠控制液體介質(zhì)的流速。同時(shí)，液冷方式也存在著一些缺點(diǎn)：水的導(dǎo)電性能比冷卻油好，一旦發(fā)生液體滲漏，后果十分危險(xiǎn)，因而對(duì)冷卻系統(tǒng)的密封性要求高，增加了整車(chē)成本、降低了系統(tǒng)的可靠性。1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容本文以混合動(dòng)力汽車(chē)起發(fā)一體用磁通切換永磁電機(jī)為研究對(duì)象，圍繞該電機(jī)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析展開(kāi)研究，通過(guò)有限元法和實(shí)驗(yàn)方法，著重研究了磁通切換永磁電機(jī)的損耗、溫度場(chǎng)分布以及冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多方面問(wèn)題，具體內(nèi)容如下：（1）第一章介紹了目前國(guó)內(nèi)外電機(jī)損耗計(jì)算的常用方法及其研究現(xiàn)狀

12(a) 二維模型 (b) 樣機(jī)定子圖2-1 三相12槽/10極FSPM電機(jī)(a) 二維模型 (b) 樣機(jī)定子圖2-2 三相18槽/8極Honda-IPM電機(jī)2.1.2 關(guān)鍵位置磁密分析本文研究的三相 12/10-FSPM 電機(jī)的一個(gè)電周期所對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為 36°，然而轉(zhuǎn)子鐵心需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)定子齒之后其徑向和切向磁密才會(huì)與初始位置重合，所對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為 60°。為了得到電機(jī)內(nèi)磁密變化規(guī)律，需要分析一個(gè)電周期內(nèi)的電機(jī)各個(gè)部位磁密變化波形，利用 ANSYS 多物理場(chǎng)進(jìn)行有限元計(jì)算，并將有限元仿真的時(shí)間設(shè)置為 60°機(jī)械角度，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn) 1o計(jì)算一次，得到定、轉(zhuǎn)子鐵心每一個(gè)剖分單元磁密的合成矢量幅值、徑向分量和切向分量。

第二章 磁通切換永磁電機(jī)損耗計(jì)算與分析13圖2-3 三相12/10-FSPM電機(jī)磁密分析關(guān)鍵點(diǎn)選取計(jì)及三相 12/10-FSPM 電機(jī)的幾何對(duì)稱(chēng)性，選取的 8 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)具體位置如圖 2-3，其中，點(diǎn) 1~點(diǎn) 4 分別位于定子鐵心的軛部中心、齒與軛交界、齒中心、齒尖；點(diǎn) 5~點(diǎn) 8 則分別位于轉(zhuǎn)子齒尖、齒中心、齒與軛交界、軛部。通過(guò)分析這 8 個(gè)關(guān)鍵位置點(diǎn)的磁密波形，可以得到該電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心磁密的分布規(guī)律。因此，首先針對(duì)所取的關(guān)鍵位置點(diǎn)，基于 ANSYS 仿真平臺(tái)計(jì)算出 8 個(gè)點(diǎn)的切向和徑向磁密波形，如圖 2-4 所示，從圖中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：（1）定子齒部徑向磁密分量變化幅值較大，切向磁密變化幅值較小，磁密波形非正弦

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2755340