永磁同步轮毂电机损耗与磁热耦合仿真分析

摘要

随着资源的日益匮乏和人们环保意识的普遍提高，新能源汽车的开发越来越受到重视。新能源汽车的核心技术是电机、电池和电控三大块。其中，在电机驱动方面，永磁同步轮毂电机以其高功率密度、高转矩密度的特性在新能源汽车领域拥有很大的研究和发展前景。然而，电机受安装空间和运行环境的影响，内部散热条件很差。同时，定子铁心内交变磁场产生的铁损，线圈绕组内电流产生铜损以及电机定转子气隙磁通密度的高次谐波使永磁体内部产生的涡流损耗都会使电机相应部分的温度升高。因此，电机在实际运行中存在着发热严重的问题。要解决电机温升问题，则需要准确地计算电机内部损耗和温度场。
　　本研究以外转子永磁同步轮毂电机为研究对象，运用有限元仿真软件建立仿真模型结构，对永磁同步轮毂电机进行磁场分析，具体分析磁场分布以及精确计算各种损耗。并对电机电磁场分析模型进行参数化分析，得出不同的结构参数变化对电机输出特性以及损耗的影响。通过有限元软件对电机进行磁场和温度场的耦合仿真分析，得出电机在不同时刻的温度场分布。从电机结构参数设计的角度来减小电机产热，并针对电机定子和齿槽绕组产热量多的特点，分别分析了电机水冷和油冷散热方式，比较两者冷却方式对电机温升的影响。这对改善电机散热条件，提高电机运行效率有一定的参考作用。目前，国内对电机温度场的研究大都是分别将计算的损耗平均加载到各个产热部位，并且仿真模型也大多采用二维模型。此种研究方法没有考虑轴向温度分布，只考虑沿径向的温度场分布，这往往对温度场的仿真计算带来不准确性。利用有限元软件Maxwell与ANSYSWorkbench进行电磁场和温度场的耦合仿真，建立三维仿真模型，得出模型整体的温度场分布，提高了模型仿真的准确性。但是电机温度场仿真是基于一定的假设条件，因此，今后还要对如何提高仿真精度开展进一步的研究。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 永磁同步轮毂电机温度场和损耗问题研究现状

1.3 电机温度场研究方法概述

1.4 本课题框架以及主要研究内容

第二章 轮毂电机电磁场仿真与相关特性分析

2.1 引言

2.2 电磁场基本理论

2.3 基于Maxwell的电磁场有限元模型

2.4 永磁同步轮毂电机特性分析

2.5 本章小结

第三章 轮毂电机损耗计算与相关结构参数设计

3.1 电机损耗分析与计算

3.2 电机结构参数对电机输出特性和损耗影响分析

3.3 本章小结

第四章 永磁同步轮毂电机磁热耦合仿真分析

4.1 引言

4.2 电机损耗热源分析

4.3 永磁同步轮毂电机磁热耦合温度场分析

4.4 本章小结

第五章 永磁同步轮毂电机发热与散热因素讨论

5.1 电机水冷散热方式讨论

5.2 电机油冷散热方式讨论

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢