汽车用爪极发电机数学模型的建立及其性能优化

摘要

随着现代汽车中电器负载的日益增长,对汽车电气系统的要求也相应增长,汽车用爪极发电机的性能和效率越来越难以满足日益增长的汽车电源和效率的需求。因此本文以工程实际样机14V/1kW汽车用爪极发电机为研究对象,着手建立汽车发电机的数学模型。采用电机设计软件对电机计算模型进行各项电磁性能的仿真分析,修正并完善电机数学模型的相关部分。用Ansoft对电机模型主要结构参数进行参数分析和优化设计,使电机数学模型尽量完善并满足高性能汽车用爪极发电机设计的要求。　　本文引用基本的电磁场理论建立汽车发电机电磁场有限元模型,结合傅里叶谐波分解理论,推导汽车发电机中基于各次谐波分解的感应电动势的求解及其波形畸变规律,推导汽车发电机中气隙磁场波形畸变的重要影响及其规律。利用Maxwell 3D软件建立三维有限元电磁场分析模型,得出汽车发电机复杂结构的基本电磁场分布场图,着重求导基于傅里叶分解的感应电动势谐波分析,求导气隙磁场及其谐波分析。建立汽车用爪极发电机爪极尺寸优化模型,在此基础上通过比较分析不同斜角结构时谐波成分的组成与大小,对汽车发电机爪极转子的斜角进行优化选择。优化结果表明发电机的效率等电磁输出性能得到提高。最后针对工程样机进行了各项性能的实验测试,并将优化模型的仿真电磁性能与之对比,验证了本文建模分析与优化选择结果的正确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

致谢

目录

插 图 清 单

表 格 清 单

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及其意义

1.2汽车用爪极发电机发展及应用

1.3汽车用爪极发电机的结构特性与工作原理

1.4汽车用爪极发电机面临的效率相关问题以及原因

1.5电机优化设计方法

1.6本课题的主要研究内容与创新点

第二章 汽车发电机数学模型的建立及其参数分析

2.1汽车用爪极发电机基本方程

2.2汽车用爪极发电机数学模型的建立

2.3数学模型计算结果分析

2.4 基于所建电磁计算模型的参数分析

2.5参数优化设计

2.6 本章小结

第三章 汽车发电机有限元模型的建立及其电磁场分析

3.1三维电磁场有限元建模

3.2汽车用爪极发电机有限元模型的建立

3.3感应电势及其谐波影响分析

3.4气隙磁场及其谐波影响分析

3.5本章小结

第四章 基于转子爪极尺寸变化的汽车发电机输出性能优化

4.1电机优化设计方法及其基本思路

4.2转子爪极基本尺寸相互关系

4.3基于爪极尺寸的汽车发电机输出性能优化

4.4本章小结

第五章 实验验证与分析

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的课题