电动汽车用铸铜转子感应电机的特性分析与优化设计

摘要

随着电动汽车市场的迅速发展，作为电动汽车发展关键因素的驱动电机与控制技术也日益受到人们关注，这其中，感应电机因其结构简单、成本低廉、可靠性高，成为当下电动汽车驱动电机研究领域的热点。但传统铸铝转子感应电机功率密度小，效率低的缺点也限制了其在电动汽车中的应用，采用铸铜转子代替传统铸铝转子的高效感应电机也因此进入研究人员的视线。 本文针对铸铜转子感应电机的设计问题，分别从铸铜转子感应电机的电磁和热分析两方面着手，研究了电动汽车用铸铜转子感应电机的特性分析与优化设计，主要包括以下几个方面： 1.介绍了国内外铸铜转子感应电机电磁设计方法的研究现状，总结了感应电机温度场研究的相关资料。 2.对铸铜转子感应电机的电磁性能进行了分析，基于一台传统Y160M-4铸铝转子感应电机的基本结构参数和性能数据，分析了采用铸铜转子后电机的性能变化。 3.从电机的定子侧和转子侧出发，分别分析了其结构参数对电机损耗的影响，为电机的结构优化奠定了理论基础。 4.针对电机采用铸铜转子后电机启动转矩减小、启动电流增大的弱点，分析了定子绕组形式对电机启动性能和损耗的影响，通过采用单双层绕组，改善了铸铜转子感应电机的启动性能，同时减少了电机绕组铜材的使用量，并进一步提出了一种不等匝单双层绕组，可通过改变单层绕组与双层绕组内元件数之比的方法，有效削减固定次谐波，提高电机效率。 5.综合前文的分析，利用时步有限元分析方法，对基于Y160M-4感应电机的铸铜转子感应电机进行了优化设计。同时搭建了铸铜转子感应电机实验平台，对一台15kW铸铜转子感应电机样机进行了测试与分析，以验证分析方法的有效性以及分析结果的正确性。 本文针对铸铜转子感应电机所开展的研究工作对高效感应电机的设计与研究均具有重要的参考价值。

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