本文關(guān)鍵詞：車用表貼式永磁同步電機(jī)全域損耗高效計算方法研究

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【摘要】：作為新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的首選,永磁同步電機(jī)具備高功率密度以及寬高效工作范圍的特點,因此能夠使車輛在整個行駛過程中消耗最少的車載能源。然而由于電機(jī)內(nèi)部電磁場和溫度場的高度耦合以及車輛運行過程中工作點的實時變化,車輛行駛階段的損耗及溫度場的預(yù)測是車用永磁同步電機(jī)面臨的一大挑戰(zhàn)。目前車用永磁同步電機(jī)迫切需要解決的問題就是如何在設(shè)計階段準(zhǔn)確高效得獲取電機(jī)在轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線包絡(luò)區(qū)域內(nèi)各損耗成分的分布圖(MAP圖)以及高效完成電機(jī)內(nèi)部電磁場溫度場解耦,從而使電機(jī)更適用于車輛工況。本文以新能源汽車永磁同步電機(jī)為對象,通過對電機(jī)繞組損耗、鐵心損耗、永磁體渦流損耗計算方法和電機(jī)瞬態(tài)溫度場的研究工作,提出永磁同步電機(jī)各損耗全工作域高效計算方法以及行駛工況下溫度場預(yù)測方法,從而完善車用永磁同步電機(jī)設(shè)計方法。首先,推導(dǎo)計及溫度因素的交流繞組損耗計算公式;建立不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的繞組以及相應(yīng)的2D有限元模型作為研究對象;運用有限元方法以及實驗方法計算和測量不同溫度、頻率以及電流下研究繞組的交流損耗與計算公式結(jié)果進(jìn)行比較分析,驗證所提出方法的準(zhǔn)確性;運用有限元方法分離交流繞組損耗中趨膚效應(yīng)以及鄰近效應(yīng)引起的損耗成分,分析溫度兩種損耗成分的影響;運用插值法擬合單一溫度下不同頻率時繞組交流等效電阻與直流電阻比值(Rac/Rdc),最后建立計及溫度因素的全工作交流繞組損耗高效計算方法。其次,結(jié)合現(xiàn)有永磁體渦流損耗數(shù)值及解析計算方法,分析不同交(q)軸電流、直(d)軸電流以及頻率條件下永磁體渦流損耗變化規(guī)律;運用3D有限元方法分析永磁體軸向分段以及電機(jī)端部效應(yīng)對永磁體渦流損耗的影響;分析不同永磁體軸向分段情況下的永磁體渦流損耗變化規(guī)律;研究永磁體工作溫度對永磁體材料電阻率以及永磁體剩磁的影響;量化永磁體軸向分段以及溫度對永磁體渦流損耗的影響,最終建立計及溫度影響以及永磁體分段結(jié)構(gòu)的全工作域永磁體渦流損耗高效計算方法,利用3D有限元方法驗證所提出計算方法的準(zhǔn)確性。再次,結(jié)合現(xiàn)有鐵損數(shù)值及解析計算方法,推導(dǎo)以dq軸電流、頻率為輸入變量的全工作域鐵心損耗高效計算方程;分析溫度對鐵心損耗中磁滯損耗、渦流損耗以及雜散損耗的影響,引入鐵心溫度修正系數(shù);分析永磁體工作溫度對鐵心損耗的影響,引入永磁體溫度修正系數(shù);最后建立以轉(zhuǎn)矩、頻率、溫度為變量的全工作域鐵心損耗高效計算方法;建立實驗臺架,設(shè)計實驗方法驗證所提出的高效計算方法的準(zhǔn)確性。最后,建立強(qiáng)迫式水冷內(nèi)轉(zhuǎn)子表貼式永磁同步電機(jī)等效參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型,研究各部件熱阻計算方法,給出具體熱阻計算公式;合理選取車輛參數(shù),運用車輛動力學(xué)原理計算UDDs循環(huán)工況中350kW強(qiáng)迫水冷式永磁同步電機(jī)各工作點的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩,運用本文建立損耗高效計算方法以及等效參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型,迭代計算各工作點的實時損耗情況以及瞬態(tài)溫度變化。
【關(guān)鍵詞】：電動汽車 表貼式永磁同步電機(jī) 全工作域 繞組損耗 永磁體渦流損耗 鐵心損耗 溫度場模型 有限元計算方法
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 永磁同步電機(jī)在電動汽車中應(yīng)用及存在的問題12-19
• 1.2 交流繞組損耗研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 永磁體渦流損耗研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 鐵心損耗研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5 電機(jī)溫度場研究現(xiàn)狀24-26
• 1.6 論文的主要工作和研究內(nèi)容26-28
• 第2章 全工作域繞組損耗高效計算方法研究28-46
• 2.1 繞組內(nèi)的趨膚效應(yīng)及鄰近效應(yīng)28-33
• 2.1.1 趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的原理29-32
• 2.1.2 趨膚效應(yīng)的電路描述32-33
• 2.2 溫度修正系數(shù)33-40
• 2.2.1 實驗繞組33-34
• 2.2.2 有限元計算34-35
• 2.2.3 含溫度修正系數(shù)交流繞組損耗計算表達(dá)式35-37
• 2.2.4 實驗驗證37-40
• 2.3 交流繞組損耗各損耗成分隨頻率以及溫度變化關(guān)系40-41
• 2.4 全工作域銅損高效計算方法41-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第3章 全工作域永磁體損耗高效計算方法研究46-76
• 3.1 電機(jī)模型46-47
• 3.2 全工作域永磁體渦流損耗計算方法47-55
• 3.2.1 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)永磁體渦流損耗高效計算方法47-50
• 3.2.2 恒功率區(qū)永磁體渦流損耗高效計算方法50-53
• 3.2.3 計算流程53-55
• 3.3 永磁體分段結(jié)構(gòu)55-67
• 3.3.1 永磁體段等效電阻率59-67
• 3.4 溫度修正系數(shù)67-74
• 3.5 本章小結(jié)74-76
• 第4章 全工作域定子鐵心損耗高效計算方法研究76-90
• 4.1 定子鐵心損耗76-77
• 4.1.1 磁滯損耗76
• 4.1.2 渦流損耗76
• 4.1.3 雜散損耗76
• 4.1.4 定子鐵心損耗主要計算方法及存在的問題76-77
• 4.2 全工作域定子鐵心損耗計算方法77-82
• 4.2.1 鐵心損耗計算方法77-81
• 4.2.2 實驗驗證81-82
• 4.3 溫度修正系數(shù)82-86
• 4.3.1 鐵心工作溫度影響82-84
• 4.3.2 永磁體溫度影響84-86
• 4.4 電機(jī)結(jié)構(gòu)對電機(jī)效率MAP圖的影響86-88
• 4.5 本章小結(jié)88-90
• 第5章 車輛循環(huán)行駛工況下電機(jī)損耗預(yù)測及溫度場研究90-114
• 5.1 集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)法90-95
• 5.1.1 空心圓柱體T型熱阻網(wǎng)絡(luò)模型91-93
• 5.1.2 對流熱阻93-95
• 5.2 表貼式永磁體同步電機(jī)集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型分析95-106
• 5.2.1 冷卻水套相關(guān)熱阻95-96
• 5.2.2 定子軛部熱阻計算96-97
• 5.2.3 定子齒部熱阻計算97-98
• 5.2.4 定子槽內(nèi)繞組熱阻計算98-99
• 5.2.5 氣隙熱阻計算99-100
• 5.2.6 轉(zhuǎn)子幫扎帶熱阻計算100
• 5.2.7 轉(zhuǎn)子永磁體熱阻計算100-101
• 5.2.8 轉(zhuǎn)子軛熱阻計算101-102
• 5.2.9 轉(zhuǎn)子軸熱阻計算102-103
• 5.2.10繞組端部熱阻計算103-104
• 5.2.11端部氣隙熱阻計算104-105
• 5.2.12強(qiáng)迫水冷表貼式永磁體同步電機(jī)集中參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型及瞬態(tài)溫度場求解105-106
• 5.3 循環(huán)工況下表貼式永磁同步電機(jī)損耗及溫度場計算106-111
• 5.3.1 整車參數(shù)以及車輛行駛工況106-109
• 5.3.2 循環(huán)工況下?lián)p耗及溫度場分布109-110
• 5.3.3 與傳統(tǒng)車輛行駛工況下電機(jī)瞬態(tài)溫升計算方法的比較110-111
• 5.4 實驗驗證111-112
• 5.5 本章小結(jié)112-114
• 第6章 結(jié)論及展望114-118
• 6.1 本文工作總結(jié)114-115
• 6.2 本論文的創(chuàng)新點115-116
• 6.3 未來工作展望116-118
• 參考文獻(xiàn)118-124
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單124-125
• 致謝125

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：620040