电动赛车用大功率永磁电机的研究

摘要

永磁同步电机拥有效率高、转矩密度高、控制精度高等优点，因而广泛应用在电动赛车上。赛车竞速要求电机大功率、质量轻，而改善散热系统、增大永磁体用量等措施都能提升电机功率质量比。由于电动赛车电机长时间维持大功率输出，电机内散热困难，温升过高，容易造成电机故障甚至损坏，从而成为制约电机功率的主要因素。
　　针对如何在电机体积小、质量轻的前提下获得更大功率的问题，本文首先分析了不同转子磁路结构下，电机的优点与缺点，并根据广东工业大学赛车技术中心给出的电机设计参数进行了三维模型的建立;然后，根据温度场的基本理论及电机学理论，分析了电机内部的主要损耗来源，重点计算了电机各部分的损耗值，在电机分析软件Ansoft Maxwell中建立了电机二维模型，对电机损耗值进行了仿真验证，并将损耗值代入到有限元分析软件ANSYS Workbench中进行了水冷系统下的稳态温度场仿真，得到了电机内部的温度分布云图;接着，设计了一套普通空冷系统散热结构，通过多次损耗仿真与热仿真得到了该空冷系统下电机能发挥的最大功率;最后，应用微热管散热技术，优化设计了一套新的空冷系统散热结构，通过有限元分析软件对新散热结构进行了温度场的仿真，验证了新结构的良好散热性能。
　　研究结果表明，采用新型散热结构的电机，与同重量的普通风冷散热结构相比，电机峰值功率能提高7kW，功率质量比从0.95kW/kg上升到1.25kW/kg。新型散热结构能使电机性能得到较大提升，散热效果出色。本文为永磁同步电机在电动赛车上进一步优化提供了参考，探索了微热管散热技术在电机上的应用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的主要工作和研究内容

第二章 永磁同步电机概述与三维建模

2．1 永磁同步电机基本结构

2．1．1 表面式转子磁路结构

2．1．2 内置式转子磁路结构

2．2 永磁同步电机运行原理

2．3 永磁同步电机三维建模

2．4 本章小结

第三章 温度场理论分析与计算

3．1 温度场理论基础

3．1．1 热传递方式

3．1．2 导热微分方程及其边界条件

3．2 永磁同步电机热源计算

3．2．1 热源分析与计算

3．2．2 Ansoft Maxwell简介

3．2．3 RMxprt损耗仿真

3．3 导热系数确定

3．3．1 定子绕组等效导热系数

3．3．2 铁心导热系数

3．3．3 气隙导热系数

3．4 本章小结

第四章 永磁同步电机水冷系统下温度场仿真分析

4．1 模型导入

4．2 网格划分

4．3 热载荷及相关条件设定

4．4 温度场仿真结果分析

4．5 本章小结

第五章 永磁同步电机空冷方案研究

5．1 空冷散热方式简介与空冷系统结构设计

5．1．1 空冷散热方式简介

5．1．2 永磁同步电机空冷系统设计

5．2 永磁同步电机空冷系统温度场仿真

5．2．1 永磁同步电机表面散热系数确定

5．2．2 空冷系统不同功率下仿真结果与分析

5．3 空冷系统新结构设计

5．3．1 微热管阵列技术简介

5．3．2 空冷机壳结构与尺寸确定

5．3．3 强制风冷对流换热系数确定

5．3．4 新型散热结构温度场仿真

5．4 本章小结

总结和展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢