电动汽车用五相容错永磁同步电动机的研究

摘要

多相电机系统相比于三相电机系统具有的良好的容错性能,极大的提高了电动汽车动力系统的安全性和可靠性,为电动车的动力执行机构提供了一种新的解决方案,促进了电动汽车市场的发展。本文对电动汽车用五相容错永磁同步电机的方案设计、性能分析、故障下的最佳转矩控制以及电机的三维温度场等方面进行了分析和研究。
　　首先,结合多相容错电机的设计要求对电机的绕组排布形式、极槽配合的选择、电枢磁动势的谐波组成以及容错电机的电感等进行了分析,确定了40槽42极和20槽18极两种电机设计方案,并对其性能进行了对比。
　　其次,针对电机的容错性能的要求,其空载反电势应尽量正弦,为此通过磁钢偏心和Halbach阵列两种方式对20槽18极电机的空载反电势进行优化。采用电势法计算了电动车用电机在考虑磁路饱和时的交直轴电感。分析了定子槽型尺寸对短路电流的影响。
　　再次,由于采用集中绕组形式,永磁体涡流损耗较大,为此分析了五相容错电机的永磁体涡流损耗产生的原因及影响因素,并通过磁极分块的方式来减小涡流损耗。同时对电机的效率特性进行计算,并绘制了电机的效率MAP图,确定了电机在运行区域内不同工作点时的效率特性。
　　然后,考虑容错电机在故障状态下转矩波动大的问题,提出了针对五相容错电机的转矩波动最小化的最佳转矩控制策略。通过Flux-Simulink联合仿真对电机在容错控制时的转矩特性进行分析,并与故障后不调整控制策略时的转矩性能进行了比较。
　　最后,对电机的热源进行分析计算,设计了电机的定子水冷系统,并通过三维温度场仿真计算出电机内部各部件的温度分布情况。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3论文的主要研究内容

第2章 五相容错永磁同步电机的设计与分析

2.1引言

2.2五相容错永磁电机的方案设计

2.3五相容错电机的性能分析

2.4本章小结

第3章 五相永磁电机的涡流损耗和效率特性分析

3.1引言

3.2永磁体涡流损耗的产生原因

3.3影响永磁体涡流损耗的因素

3.4永磁同步电机的效率特性计算

3.5本章小结

第4章 五相容错电机的最佳转矩控制策略

4.1引言

4.2转矩波动分析

4.3不同故障下的最佳补偿电流的计算

4.4不同故障下的转矩性能仿真分析

4.5本章小结

第5章 五相容错电机的温度特性分析

5.1引言

5.2电机内热交换的基本理论

5.3五相容错永磁同步电动机热源的分析

5.4五相永磁同步电机内材料性能参数的确定

5.5五相永磁同步电机三维温度场模型的建立与分析

5.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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