電動汽車用復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機的電磁和溫升問題研究.pdf

1、隨著電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展,混合動力驅(qū)動系統(tǒng)引起人們越來越多的關(guān)注,其中混聯(lián)式混合動力汽車以其良好的動力和節(jié)油性能逐漸成為人們的研究熱點。但混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)廣泛使用的行星齒輪存在加工成本高、傳動損耗、需要定期潤滑維護(hù)和噪聲振動等問題。本文研究的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM)在實現(xiàn)混合動力系統(tǒng)功能的同時大大簡化混合動

2、力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),是一種替代行星齒輪實現(xiàn)動力分配的新型電控?zé)o級變速方案。本文對該類電機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案對比、磁解耦設(shè)計、冷卻測溫及樣機實驗等方面問題進(jìn)行了深入研究。
　　通過研究復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機在混合動力系統(tǒng)中應(yīng)用時發(fā)動機、雙轉(zhuǎn)子電機和定子電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率關(guān)系,確定了最佳的能量變換方式。同時對復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機的六種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案在轉(zhuǎn)矩密度、加工工藝性、散熱能力和磁耦合等方面進(jìn)行分析對比,從全方位對各種方案給出評價。提出復(fù)合結(jié)構(gòu)永

3、磁同步電機在混合動力系統(tǒng)中應(yīng)用時的選擇原則,為復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機總體方案的確定提供參考。
　　研究了復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機磁系統(tǒng)的設(shè)計原則?？紤]到徑向-徑向磁通電機在磁耦合和發(fā)熱等問題上最為突出,而其加工工藝性和實用性最好,因此選擇徑向-徑向磁通電機進(jìn)行研究。參考豐田 Prius系統(tǒng)的電機指標(biāo)確定了復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機的技術(shù)指標(biāo)并進(jìn)行了該電機磁系統(tǒng)的設(shè)計,研究了當(dāng)兩電機功率等級相差較大、內(nèi)外兩層永磁體厚度也相差較大時,為實現(xiàn)磁解耦

4、設(shè)計,永磁體和外轉(zhuǎn)子軛厚的匹配規(guī)律;并研究電樞反應(yīng)對磁解耦設(shè)計的影響,為復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機磁系統(tǒng)設(shè)計提供了重要借鑒。
　　對復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機溫升及其精確測量方法進(jìn)行研究?？紤]到實驗驗證方便,以所研制樣機為分析對象,對復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機的溫升問題進(jìn)行了研究。建立電機的溫度場有限元分析模型,使用Fluent軟件對不同冷卻條件下電機內(nèi)部溫度場分布進(jìn)行了計算,得出該種電機的溫升規(guī)律和冷卻系統(tǒng)選擇原則。為保證電機的實時安全運行,研究

5、了可精確監(jiān)測電機內(nèi)多點工作溫度的溫度檢測系統(tǒng),解決了測溫過程中傳感器引線電阻、電路元件誤差及電磁干擾等因素引起的測量誤差問題,研制了實際測溫電路。為電機冷卻系統(tǒng)的選擇及電機的安全可靠運行提供了方法和依據(jù)。
　　研制了樣機,進(jìn)行了電機的電磁、溫升及系統(tǒng)測試?？紤]到實驗室測試條件的限制,研制了小功率實驗樣機,對樣機的反電勢、轉(zhuǎn)矩-電流曲線、效率和溫升情況進(jìn)行了測試,并與理論計算值進(jìn)行了對比,測試和計算結(jié)果具有很好的一致性。用所研制的樣