电动汽车用永磁无刷电动机设计及运行性能仿真

摘要

电动汽车是交通运输业面临能源与环境双重压力的必然选择,是未来汽车工业的重要发展方向。永磁无刷电动机具有高效、高功率密度的特点,特别适宜用作电动汽车驱动。内置式转子磁路结构的机械强度高、弱磁调速能力强,永磁体的抗去磁能力强,在车辆驱动用永磁无刷电动机中应用广泛。
　　本文以某公司的电动汽车为应用对象,进行动力系统匹配研究,根据车辆动力学分析建立基于MATLAB/Simulink平台的仿真模型,确定满足电动汽车加速时间、最高车速、最大爬坡度的驱动电机参数;利用Ansoft软件设计一款内置式永磁无刷电动机,分析气隙尺寸、绕组匝数、永磁体厚度等参数对电机效率、转矩电流比的影响;通过建立能效仿真模型分别对电动汽车进行工况法和匀速法续驶里程计算。
　　针对电驱系统存在的低速及轻载运行状态效率降低的问题,文章提出采用绕组换接技术和双电机驱动加以改善。仿真结果表明,绕组换接可以显著提高电驱系统高速区效率并降低热负荷,对低速区性能亦有改善,工况法与匀速法续驶里程均有提高。双电机集中式驱动可以在轻载时采用单个电机驱动提高系统效率,匀速法续驶里程有所提高。由于单体电机功率减小,高效区范围缩小,工况法仿真时续驶里程下降,综合采用绕组换接可加以改善。双电机分布式驱动由于结构上的优势,工况法与匀速法续驶里程有较大幅度提升。
　　本文以提高电动汽车续驶里程为出发点,着眼于电驱系统低速以及轻载效率改善,从理论上分析了绕组换接技术与双电机驱动的优点并进行了仿真验证,其分析方法及结论具有一定的指导意义。

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1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2课题研究现状

1.2.1内置式永磁无刷电动机

1.2.2双电机驱动

1.2.3绕组换接

1.3研究内容

2 电动汽车动力系统匹配

2.1车辆动力系统模型

2.1.1驱动电机转速

2.1.2驱动电机转矩

2.1.3驱动电机功率

2.2驱动电机性能匹配计算方法

2.2.1功率要求

2.2.2转速要求

2.2.3转矩要求

2.3车辆仿真模型以及参数确定

3 电动汽车用永磁无刷电动机设计

3.1总体方案设计

3.1.1逆变器主电路及绕组形式

3.1.2转子位置传感器方案选择

3.1.3转子磁路结构

3.1.4永磁材料的选择

3.1.5主要尺寸设计

3.1.6定子绕组设计

3.1.7永磁体设计

3.2关键参数变化对电机性能的影响

3.2.1 气隙尺寸对电机性能的影响

3.2.2定子线圈匝数对电机性能的影响

3.2.3 永磁体厚度对电机性能的影响

3.3永磁无刷直流电机性能分析

3.3.1 电机设计结果及校核

3.3.2 电机性能综合分析

4 电动汽车运行性能分析

4.1电动汽车动力性能仿真

4.2电动汽车能效仿真模型

4.3车辆续驶里程仿真

4.3.1工况法

4.3.2 匀速法

5 绕组换接与双电机驱动性能仿真

5.1绕组换接

5.1.1原方案改造

5.1.2基于绕组换接的绕组设计

5.1.3性能对比

5.2双电机驱动

5.2.1单体电机方案设计

5.2.2集中式动力布局仿真

5.2.3分布式动力布局仿真

5.3综合性能对比

6 全文总结与展望

致谢

参考文献