混合动力汽车用定子永磁型双机械端口电机的基础研究

摘要

目前，汽车工业的发展方向正从传统内燃机汽车逐渐发展到新能源汽车，混合动力汽车由于兼具传统汽车较高的动力性能和电动汽车节能减排的双重优势，己成为一种不可或缺的过渡车型，成为当前国、内外汽车行业的研究热点之一。本文研究了一种新型定子永磁型双机械端口电机，它继承了双转子电机和定子永磁型电机的优点，将该双机械端口电机应用在中/强度混合动力合成系统中。通过一定的控制方式灵活地切换电机工作模式，能实现定子永磁型双机械端口电机在内燃机和驱动轮之间的能量分配与调节，提高内燃机工作效率。
　　 本文首先介绍了混合动力汽车应用背景，以及双凸极永磁电机和双机械端口电机的研究现状和发展趋势。在此基础上研究了一种用于混合动力合成系统的新型定子永磁型双机械端口电机及其关键技术，分析其结构和工作原理，还对该双机械端口电机常见工作模式的功率流情况以及对应的汽车行驶工况做了理论分析和仿真研究。
　　 论文中建立了定子永磁型双机械端口电机的一般设计方法，并介绍了相关参数尺寸的计算与选择方法，设计了一个2kW的样机用来验证原理。根据计算所得参数，结合有限元分析软件，对电机进行参数化建模，详细分析了电机空载和负载磁场分布以及磁链、电感、反电势和定位力等静态特性。基于场路耦合法建立定子永磁型双机械端口电机的Maxwell-Simplorer仿真模型，对比了不同控制方法下的电机输出转矩特性，并总结了降低转矩脉动的方法。
　　 最后，从电磁场和温度场耦合的角度对稳态运行时定子永磁型双机械端口电机内部温度场进行了分析，运用ANSYSWorkbench软件建立三维仿真模型。通过有限元软件Ansoft计算出电机不同情况下的损耗分布，导入ANSYS进行多物理场耦合仿真，分析了室温下仅依靠自身风冷散热条件下的定子永磁型双机械端口电机三维温度场温升分布。在此基础上模拟汽车运行环境，并对添加冷却设施后的电机进行仿真，验证了冷却系统的散热效果，进一步完善了电机的本体设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．2．1 混合动力汽车

1．2．2 双机械端口电机

1．2．3 双凸极永磁电机

1．3 定子永磁型双机械端口电机及其关键技术

1．4 本文的主要研究内容

第二章 定子永磁型双机械端口混合动力合成系统理论分析

2．1 定子永磁型双机械端口电机混合动力系统结构

2．2 定子永磁型双机械端口电机混合动力系统工作原理

2．3 定子永磁型双机械端口电机工作模式

2．4 本章小结

第三章 定子永磁型双机械端口电机设计

3．1 定子永磁型双机械端口电机结构

3．2 定子永磁型双机械端口电机的设计

3．2．1 定子永磁型双机械端口电机设计原则

3．2．2 定子永磁型双机械端口电机设计特点

3．2．3 原理样机的设计

3．3 样机设计数据

3．4 本章小结

第四章 定子永磁型双机械端口电机的电磁性能分析

4．1 二维有限元法

4．2 Maxwell 2D建模仿真

4．2．1 电磁场基本理论及边界条件

4．2．2 二维电磁场分析前处理

4．3 电磁场分析

4．3．1 空载永磁磁场分布

4．3．2 负载磁场分布

4．4 静态特性分析

4．4．1 绕组磁链

4．4．2 绕组电感

4．4．3 空载反电势

4．4．4 定位力矩

4．5 转矩特性分析

4．5．1 方波控制

4．5．2 正弦波控制

4．5．3 转矩脉动分析

4．6 常见工况仿真分析

4．6．1 纯电动起动

4．6．2 重载爬坡

4．6．3 减速停车

4．7 本章小结

第五章 定子永磁型双机械端口电机的温度场计算

5．1 电机温度场计算

5．1．1 ANSYS Workbench简介

5．1．2 温度场计算数学模型

5．2 ANSYS建模仿真

5．2．1 热源求取

5．2．2 导热系数

5．2．3 散热系数

5．2．4 稳态建模仿真过程

5．3 温度场仿真结果分析

5．3．1 电机损耗及效率

5．3．2 空载状态

5．3．3 负载状态

5．4 冷却设计

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在学期间参与的科研项目

在学期间发表论文