混合动力车用径向-径向磁通复合结构永磁同步电机的优化研究

摘要

在混合动力系统中径向-径向磁通复合结构永磁同步电机（CS-PMSM）与由行星齿轮和两电机组合而成的系统功能相同，可实现电控无级变速驱动的功能。本文对一台50kW/30kW的径向-径向磁通CS-PMSM进行了研究。
　　首先选定了径向-径向磁通CS-PMSM的功率等级、极数和相应的极槽配合。在此基础上对构成径向-径向磁通CS-PMSM的两个电机进行重新设计，并分别建立二维有限元仿真模型对其性能进行仿真分析，证明设计结果的合理性。
　　然后对径向-径向磁通CS-PMSM的齿槽转矩进行优化。在选择槽口宽度和极弧系数作为优化参数后，先对两电机分别进行优化，再分析两电机同向和反向转动时各自齿槽转矩的变化，最后对优化前后径向-径向磁通CS-PMSM的齿槽转矩和负载转矩波动进行了比较分析。
　　由于径向-径向磁通CS-PMSM的两电机共用外转子，不仅在结构尺寸上互相制约，还存在磁耦合问题。从电机设计的角度实现了磁解耦，并在保证外转子铁心不饱和的情况下尽量减小其厚度提高电机功率密度。通过有限元计算对磁场干涉程度进行评估，并在两电机运行在不同负载情况时比较各自的输出转矩，最终证实两电机可以互不干涉地独立运行。
　　最后建立径向-径向磁通CS-PMSM的二维有限元热模型，采用水冷和风冷两种冷却方式对电机的温度分布进行仿真，仿真结果表明电机可稳定运行于额定状态。

目录

混合动力车用径向-径向磁通复合结构 永磁同步电机的优化研究

THE OPTIMIZATION DESIGN OF A RADIAL-RADIAL FLUX COMPOUND- STRUCTURE PERMANENT-MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE USED FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLES

摘 要

Abstract

目 录

第 1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外电动汽车的发展状况

1.2.1 电动汽车的分类及特点

1.2.2 电动汽车在国内外企业中的发展

1.3 国内外复合结构电机的发展状况

1.3.1 四象限能量转换器（Four-Quadrant Transducer, 4QT）

1.3.2 电气变速器（Electrical Variable Transmission，EVT）

1.3.3 双机械端口电机（Dual Mechanical Port Electric Machines， DMP)

1.3.4 复合结构永磁同步电机（Compound-Structure Permanent- Magnet Synchronous Machine, CS-PMSM）

1.4 本文主要研究内容

第 2章 CS-PMSM的电磁设计

2.1 引言

2.2 CS-PMSM 功率的选择

2.3 CS-PMSM 极数的选择

2.4 分数槽的采用

2.5 CS-PMSM 的电磁设计

2.5.1 内转子轴的设计

2.5.2 双转子电机的设计

2.5.3 定子电机的设计

2.6 本章小结

第 3章 CS-PMSM齿槽转矩的优化

3.1 引言

3.2 CS-PMSM 齿槽转矩的分析及优化方向

3.3 CS-PMSM 中双转子电机的齿槽转矩的优化

3.4 CS-PMSM 中定子电机的齿槽转矩的优化

3.5 CS-PMSM 齿槽转矩的优化

3.6 本章小结

第 4章 CS-PMSM的磁解耦设计

4.1 引言

4.2 CS-PMSM 磁解耦设计方法分析

4.3 只考虑永磁体作用时的磁解耦设计

4.4 考虑电枢反应后的磁解耦设计

4.4.1 单台电机存在电枢反应

4.4.2 两台电机均存在电枢反应

4.5 对于 CS-PMSM 磁解耦设计的评估

4.5.1 从设计上评估 CS-PMSM的磁解耦

4.5.2 从运行上评估 CS-PMSM的磁解耦

4.6 本章小结

第 5章 CS-PMSM的温度场分析

5.1 引言

5.2 CS-PMSM 的损耗计算

5.3 CS-PMSM 的稳态温度场分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历