電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法及相關(guān)問(wèn)題的研究.pdf

1、由于能源與環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)的影響，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)正在向“電動(dòng)”轉(zhuǎn)變，世界各國(guó)和各大汽車廠商無(wú)不投入巨資進(jìn)行電動(dòng)汽車的研究。作為電動(dòng)汽車核心驅(qū)動(dòng)部件的電機(jī)系統(tǒng)，是這一方向的研究熱點(diǎn)。然而，目前電動(dòng)汽車用電機(jī)的設(shè)計(jì)大多數(shù)還局限于傳統(tǒng)工頻供電電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，即基于電機(jī)額定工況運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)方法。但電動(dòng)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(jì)方法顯然不能滿足電動(dòng)汽車的要求。因此，本文將從電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車角度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)及相關(guān)問(wèn)題的研究。
　　電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車的特殊要求，建立了一套電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法。方法包括六個(gè)部分，分別是：(1)主要尺寸設(shè)計(jì)。(2)磁路設(shè)計(jì)、繞組設(shè)計(jì)和電路參數(shù)設(shè)計(jì)。(3)額定工作性能設(shè)計(jì)。(4)弱磁擴(kuò)速比和過(guò)載倍數(shù)計(jì)算。(5)區(qū)域性能設(shè)計(jì)。(6)依據(jù)車輛循環(huán)工況的電機(jī)性能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)

3、方法始終與電機(jī)的控制策略相結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了弱磁擴(kuò)速比、過(guò)載倍數(shù)和Map圖的計(jì)算，而且計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況，準(zhǔn)確度更高。依據(jù)循環(huán)工況的工作性能計(jì)算，使電機(jī)本體設(shè)計(jì)兼顧了電動(dòng)汽車的行駛情況，讓電機(jī)更好的滿足驅(qū)動(dòng)車輛的要求。
　　電機(jī)尺寸對(duì)于整車的布置非常重要。因此，在整車設(shè)計(jì)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(jì)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(cè)電機(jī)功率能力不方便的問(wèn)題。
　　電樞反應(yīng)電抗計(jì)算是電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的必要步驟，一般地，電樞反應(yīng)電抗計(jì)算需要進(jìn)行大量有限元計(jì)算。本文針對(duì)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(jì)算法，在提高解析計(jì)算精度的同時(shí)，大幅減少了有限元計(jì)算所占用的時(shí)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(duì)比方法。方便了估

5、算階段的電機(jī)設(shè)計(jì)方案對(duì)比。
　　溫升計(jì)算，尤其是暫態(tài)溫升的計(jì)算，是電動(dòng)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(gè)近似計(jì)算公式，使集總熱容等效法的計(jì)算精度得到了提高。然后，將電機(jī)的暫態(tài)溫升問(wèn)題等效為一維復(fù)合無(wú)限長(zhǎng)平板的導(dǎo)熱問(wèn)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(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了公式的

6、精度，誤差在10％以內(nèi)。
　　電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型。本文針對(duì)雙電機(jī)加 AMT混合動(dòng)力轎車、單軸轉(zhuǎn)矩并聯(lián)混合動(dòng)力客車、雙電機(jī)加行星齒輪重型混合動(dòng)力車和輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議。
　　本文給出的電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法充分考慮了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的特點(diǎn)，并經(jīng)過(guò)了較多工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)