電動汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計方法及相關(guān)問題的研究.pdf

1、由于能源與環(huán)境問題帶來的影響，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)正在向“電動”轉(zhuǎn)變，世界各國和各大汽車廠商無不投入巨資進(jìn)行電動汽車的研究。作為電動汽車核心驅(qū)動部件的電機(jī)系統(tǒng)，是這一方向的研究熱點。然而，目前電動汽車用電機(jī)的設(shè)計大多數(shù)還局限于傳統(tǒng)工頻供電電機(jī)的設(shè)計方法，即基于電機(jī)額定工況運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)設(shè)計方法。但電動汽車用電機(jī)由于汽車的頻繁啟停、加減速等，它的運(yùn)行工況非常復(fù)雜，采用這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法顯然不能滿足電動汽車的要求。因此，本文將從電動汽車對驅(qū)動電機(jī)的要求

2、出發(fā)，以永磁同步電機(jī)為例，嘗試從電動汽車角度進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)設(shè)計及相關(guān)問題的研究。
　　電動汽車驅(qū)動電機(jī)不僅關(guān)注傳統(tǒng)的額定性能，更重視峰值性能、區(qū)域性能等特殊指標(biāo)。本文針對電動汽車的特殊要求，建立了一套電動汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計方法。方法包括六個部分，分別是：(1)主要尺寸設(shè)計。(2)磁路設(shè)計、繞組設(shè)計和電路參數(shù)設(shè)計。(3)額定工作性能設(shè)計。(4)弱磁擴(kuò)速比和過載倍數(shù)計算。(5)區(qū)域性能設(shè)計。(6)依據(jù)車輛循環(huán)工況的電機(jī)性能設(shè)計。設(shè)計

3、方法始終與電機(jī)的控制策略相結(jié)合，不僅實現(xiàn)了弱磁擴(kuò)速比、過載倍數(shù)和Map圖的計算，而且計算結(jié)果更符合實際情況，準(zhǔn)確度更高。依據(jù)循環(huán)工況的工作性能計算，使電機(jī)本體設(shè)計兼顧了電動汽車的行駛情況，讓電機(jī)更好的滿足驅(qū)動車輛的要求。
　　電機(jī)尺寸對于整車的布置非常重要。因此，在整車設(shè)計階段如何根據(jù)整車的要求，快速、準(zhǔn)確給出電機(jī)主要尺寸估算結(jié)果，而不需要大量的計算就很有意義。為此，本文研究了主要尺寸公式，根據(jù)電機(jī)尺寸的基本關(guān)系，結(jié)合電負(fù)荷等參數(shù)

4、的表達(dá)式，推導(dǎo)出了電機(jī)定子內(nèi)徑和定子外徑之間關(guān)系的解析表達(dá)式，解決了傳統(tǒng)尺寸公式已知電機(jī)尺寸，預(yù)測電機(jī)功率能力不方便的問題。
　　電樞反應(yīng)電抗計算是電動汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計的必要步驟，一般地，電樞反應(yīng)電抗計算需要進(jìn)行大量有限元計算。本文針對這一情況，修正了傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)直交軸電抗解析計算法，在提高解析計算精度的同時，大幅減少了有限元計算所占用的時間。以此為基礎(chǔ)，又給出了基于直交軸電樞反應(yīng)折合系數(shù)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)對比方法。方便了估

5、算階段的電機(jī)設(shè)計方案對比。
　　溫升計算，尤其是暫態(tài)溫升的計算，是電動汽車電機(jī)復(fù)雜工況分析的基礎(chǔ)。本文首先分析了集總熱容等效法誤差產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上，給出了一個近似計算公式，使集總熱容等效法的計算精度得到了提高。然后，將電機(jī)的暫態(tài)溫升問題等效為一維復(fù)合無限長平板的導(dǎo)熱問題，并采用格林函數(shù)法求得了求解區(qū)域內(nèi)偏微分方程組的近似解析解。解函數(shù)不僅可以描述溫度隨時間的變化情況，而且能夠反映溫度在空間上的分布。最后，通過實驗驗證了公式的

6、精度，誤差在10％以內(nèi)。
　　電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了電動汽車驅(qū)動電機(jī)的類型。本文針對雙電機(jī)加 AMT混合動力轎車、單軸轉(zhuǎn)矩并聯(lián)混合動力客車、雙電機(jī)加行星齒輪重型混合動力車和輪式驅(qū)動電動汽車，討論了低速大轉(zhuǎn)矩型、高速小轉(zhuǎn)矩型和高功率大轉(zhuǎn)矩型三種不同電動汽車驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計特點，并給出了相應(yīng)的設(shè)計建議。
　　本文給出的電動汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計方法充分考慮了電動汽車驅(qū)動用電機(jī)的特點，并經(jīng)過了較多工程實踐的檢驗，為電動汽車驅(qū)動