电动车用永磁电动机设计及弱磁控制

摘要

作为电动汽车驱动的核心元件之一，驱动电机的性能对电动汽车的运行状况有着显著的影响，因此设计效率、可靠性高、控制性能好的电机对电动汽车的应用与发展具十分重要的意义。本文以高功率密度、高效率和宽调速范围为目的设计了一台电动汽车用永磁电机，并对其弱磁控制作了初步分析。
　　本文设计的电动汽车电机采用内置式“V”形转子结构，电机的额定功率为20kW，转速为2000r/min。本文首先讨论了永磁电机的基本设计方法及主要参数的选取原则。使用有限元分析软件，设计和优化内置式永磁电机转子槽的结构，以减小电机运行过程中的齿槽转矩。通过调整永磁体的极间距离的方法，研究了在该参数对电机的空载反电势以及气隙磁密基波分量的影响，以找到优化的“V”形内置式永磁电机设计规律。在永磁电机输出最大转矩的前提下，研究了绕组分别通入额定电流和两倍的额定电流的情况下，相邻永磁体间距离对电磁转矩和转矩脉动的影响。通过对电机空载反电势、各相绕组的自感和互感谐波等各种因素的分析，得到了其对电机转矩脉动的影响。使用Abaqus有限元软件对电机额定转速下的应力场进行分析，确定电机转子冲片最大受力点的位置及转子冲片所产生的形变量。
　　弱磁控制是永磁电机作为电动汽车驱动过程中的主要控制策略。本文描述了电动汽车用永磁电机弱磁调速控制的原理和基本方法，并且针对本文设计的电机，使用Matlab/Simulink仿真软件设计了其弱磁调速方法，并给出相应仿真结果，以扩展电机的转速运行范围。
　　本文实现了样机制造，进行了部分实验，得出了样机的相关参数及实验曲线。

目录

声明

致谢

论文说明

摘要

1 绪论

1．1 课题的目的和意义

1．2 国内外电动车用永磁电机的发展

1．2．1 国外电动车用永磁电机发展

1．2．2 国内电动车用永磁电机发展

1．3 电动车用永磁电机的研究趋势

1．4 永磁电机弱磁特性的研究

1．5 课题的研究工作

2 电动车用永磁同步电机的设计与优化

2．1 永磁电机的形式及结构

2．2 永磁同步电机主要参数的选取

2．3 电动车用内置式永磁同步电机的优化

2．3．1 转子“V”型槽的优化

2．3．2 不同极间距离对电机空载反电势及气隙磁密的影响

2．2．3 不同电流超前角对永磁电机转矩的影响

2．3．4 不同极间距离对电机转矩脉动的影响

3 电动车用永磁电机的参数与性能分析

3．1 电动车用永磁电机电磁场的有限元仿真

3．2 电动车用永磁电机转矩脉动分析

3．3 电动车用永磁电机直、交轴参数的有限元计算

3．4 电动车用永磁电机的应力场有限元仿真

4 电动车用永磁电机弱磁调速系统仿真

4．1 永磁电机数学模型及控制方法

4．1．1 永磁电机的基本数学模型

4．1．2 永磁电机的基本控制方法

4．2 永磁电机弱磁调速控制

4．3 电动车用永磁电机控制系统仿真

4．4 仿真结果

5 样机加工及实验

6 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文