發(fā)布時間：2021-09-30 02:04

　　隨著科技的發(fā)展以及近年來人們對環(huán)保意識的提升,各國已經(jīng)發(fā)布禁售燃油汽車的時間節(jié)點,電動汽車逐漸進入人們的視野當中。關(guān)于電動汽車電機以及如何提高電動汽車電機的功率密度是當下討論的熱點問題。永磁同步電機由于其體積較小、質(zhì)量較輕且輸出功率較高的特點使得其在電動汽車上的應(yīng)用前景尤為突出。電機的散熱是實現(xiàn)正常工作的核心保障,因此本文從高功率密度電機的電磁設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及冷卻結(jié)構(gòu)等問題進行深入研究,設(shè)計一款滿足工況要求的8極高功率密度電機。首先,對電動汽車傳動系統(tǒng)進行分析,研究電動汽車動力性能以及所受阻力,并對電動汽車電機相關(guān)性能參數(shù)進行匹配分析。提出電機設(shè)計的基本參數(shù)要求。然后,明確高功率密度電機的設(shè)計流程。關(guān)于電磁設(shè)計,如何通過合理設(shè)計并優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)提高功率密度是重點研究的問題。本文從以下方面對電機電磁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計:電機的極槽配合及合理設(shè)置斜槽降低齒槽轉(zhuǎn)矩;設(shè)計定子槽高和槽深以及優(yōu)化槽口寬度降低電機損耗;良好的永磁體材料以及永磁體尺寸設(shè)計;“V”型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可提高永磁材料利用率和氣隙磁密度。并在保證效率基本不變的原則基礎(chǔ)上對電機轉(zhuǎn)子磁鋼進行結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。搭建優(yōu)化平臺對其相關(guān)性進行分析,改進后,... 

【文章來源】：遼寧工程技術(shù)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國電動機能效標準與一般工業(yè)電機效率對比

w/kg的車用永磁同步電機。采用機殼水冷的結(jié)構(gòu)且早在2006年，開發(fā)出額定功率55kw的永磁同步電動機[5-7]。張懿夫提出了一種基于遺傳算法和響應(yīng)面法相結(jié)合的電機設(shè)計方法，通過降低轉(zhuǎn)矩的脈動頻率，使得電機運行的平穩(wěn)性進一步提高[8]。周勝梅提出了定子槽型寬度的不同會影響電機的性能這一觀點[9]。外國學者K.Yamazaki運用了三維有限元法提出了在不同的永磁體軸向分段在PWM調(diào)制下對電機渦流損耗的影響。歐美國家相較于日本關(guān)于永磁電機的研究較晚，如Satcon公司通過改變定子繞組使得電機轉(zhuǎn)速得以提高，具有較高的調(diào)速范圍。如圖1.2為美國的橡樹嶺國家實驗室在2017年開發(fā)出一款鐵氧體永磁同步電機，該電機采用雙層SPOKE結(jié)構(gòu)，該電機的峰值功率為103kw，轉(zhuǎn)矩密度比日本的Prius2010提高了10%，最高的轉(zhuǎn)速更是提高了20%[10]。圖1.2美國橡樹嶺研發(fā)的電機結(jié)構(gòu)Figure1.2MotorstructuredevelopedbyOakRidgeUSASaharSharouni和PeymanNaderi提出了一種新型的磁等效電路法MEC對外轉(zhuǎn)子電機進行建模，比較了不同狀態(tài)下的槽偏角以及齒槽角，優(yōu)化了電機的動態(tài)性能[11]。豐田公司推出的前3代Prius混合動力汽車將永磁同步電機的功率由最初的33kw提升至60kw，其結(jié)構(gòu)選定均為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的永磁同步電機[12]。第3代Prius電機的定子以及轉(zhuǎn)子如圖1.3所示。該公司在2015年研制并發(fā)布了第四代電機，相比于第三代轉(zhuǎn)速提高了3500rpm，功率密度提高了10%。而英國公司Equipmake對電機進行顛覆性創(chuàng)新，其瞄準的電動汽車市場，開發(fā)的電機轉(zhuǎn)速高達12萬轉(zhuǎn)，持續(xù)功率17kw的電機只有3.9kg，具備突破性的功

電動汽車高功率密度永磁電機設(shè)計及優(yōu)化分析4率密度優(yōu)勢。圖1.3第3代Prius電機的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Figure1.3Fixedrotorstructureofthe3rdgenerationPriusmotor1.2.2國內(nèi)外電機冷卻研究現(xiàn)狀永磁同步電機以其較高的功率密度被廣泛應(yīng)用在各類行業(yè)中，但是如何將電機溫度降低是很多學者研究的重要內(nèi)容之一。在空冷方面，高雄智巳等學者設(shè)計出一種新式全封閉風冷系統(tǒng)，可有效減少了電機的噪聲問題[13]。由于電機水冷使得電機的對流換熱效率更高，因此也就成為了研究的熱點問題。國內(nèi)學者吳桂珍提出了一種新型的S型定子外殼結(jié)構(gòu)，可以有效地提高電機的散熱能力[14]。吳琳等學者提出了關(guān)于電機的水冷系統(tǒng)設(shè)計的計算模型[15]。H.Neudorfer設(shè)計了一種新型基座，利用雙臂的結(jié)構(gòu)使得冷卻液利用旋轉(zhuǎn)流道流回基座，通過實驗的測定，滿足電機的溫升試驗要求[16]。PingZheng等設(shè)計了適用于混合動力汽車上的一種二維電機溫升圖[17]。BogliettiA和StatonA分別進行的是感應(yīng)電機的冷卻系統(tǒng)設(shè)計和對電機冷卻方式的研究[18-19]。Marignetti等人提出了一種采用有限元的方法對電機的溫度場以及流體場設(shè)計研究的方式[20]。AhamdDarabi在研究橫向磁場的永磁電機時，提出了電機的六項爪極的設(shè)計，由于電機的體積較大，在采用水冷的方式進行散熱時，每項鋁殼內(nèi)涂有兩項由銅管制成的冷卻通道，經(jīng)過實驗測定，可有效地傳遞出電機內(nèi)部的熱量，改善電機的冷卻散熱問題[21]。1.3論文主要研究內(nèi)容關(guān)于電動汽車所用的高功率密度永磁同步電機的設(shè)計包含有結(jié)構(gòu)、電磁、流體等方面。目前，增大功率密度可以通過優(yōu)化電機的電磁結(jié)構(gòu)、合理使用性能好的電磁材料、通過調(diào)節(jié)速度將轉(zhuǎn)速增大、優(yōu)化并提高電機的散熱性能等方法。但目前關(guān)于電機在冷卻殼體散熱方面研究比較少，因此，本文著重研究了

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[5]水冷永磁電機多工況熱特性及冷卻水道研究[D]. 劉威.北京交通大學 2018
[6]無齒輪球磨機的永磁同步直驅(qū)電機設(shè)計與控制[D]. 鄭云廣.西南交通大學 2018
[7]水內(nèi)冷永磁同步電機設(shè)計與溫升研究[D]. 殷浩文.重慶大學 2018
[8]外轉(zhuǎn)子磁通切換永磁電機電磁性能及溫度場分析[D]. 劉暢.江蘇大學 2018
[9]電動汽車動力總成能量流測試平臺開發(fā)及其應(yīng)用研究[D]. 沈天浩.浙江大學 2018
[10]純電動汽車電機控制器全域溫度場仿真與IGBT結(jié)溫計算[D]. 路玲.合肥工業(yè)大學 2018



本文編號：3414904