42V汽车用永磁发电机设计与研究

摘要

汽车用发电机以电励磁爪极发电机为主,由于其结构简单、制造容易、运行可靠、价格低等因素广泛应用于汽车中。电励磁爪极发电机功率一般小于2kW,效率只有60％左右。随着汽车内电气设备的增加,汽车发电机正朝着大功率的方向发展。显然电励磁发电机不能满足日益增长的功率和效率要求。与电励磁发电机相比,永磁同步发电机具有不需要供电励磁、体积小、重量轻、效率高、寿命长以及性价比高等优点。永磁发电机不久将可能代替电励磁发电机,成为汽车用发电机的首选。为增大输出功率,选择42V电压等级。因此分析研究42V汽车用永磁发电机既满足汽车用电要求,又符合节能环保的发展方向,具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　本文使用MATLAB、ANSOFTMAXWELL、ANSOFTRMXPRT以及ANSOFTSIMPLORER等相关软件,对一台42V、2kW永磁同步发电机分析研究。首先利用等效磁路法,使用MATLAB编程,详细分析了电机电磁设计过程,给出设计结果;其次使用ANSOFTRMXPRT软件分析各个电机参数对电机性能的影响,分析研究单一变量、两变量以及多变量对电机效率的影响;再次,以二维有限元方法为基础,设计一台输出功率较高的永磁发电机,并对该永磁发电机在各种参数下的齿槽转矩及电机性能进行了研究;然后,采用拟牛顿法和模式搜索法对发电机进行优化分析,给出优化结果;最后,搭建42V汽车用永磁发电机系统,对永磁同步发电机实现联合仿真,分析得出永磁发电机系统的输出性能。

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第一章 绪论

1.1 汽车发电机发展历史及其现状

1.2 42V永磁发电机

1.3 42V永磁发电机电气系统

1.4 本文主要研究内容

第二章 42V汽车用永磁同步发电机电磁设计

2.1 汽车用永磁发电机的结构和工作原理

2.2 汽车用永磁发电机的电磁设计

2.3 发电机设计结果

2.4 小结

第三章 42V汽车用永磁发电机参数化分析和齿槽转矩研究

3.1 永磁同步发电机设计仿真

3.2 各参数对发电机效率的影响

3.3 永磁电机齿槽转矩及其表达式分析

3.4 齿槽转矩及电机性能分析

3.5 小结

第四章 42V汽车用永磁发电机优化设计

4.1 永磁发电机优化设计

4.2 拟牛顿法

4.3 模式搜索法

4.4 电机优化结果

4.5 小结

第五章 42V汽车用永磁发电机系统分析

5.1 42V汽车用永磁发电机分析

5.2 基于电压开环结构 42V汽车用永磁发电机系统

5.3 不同转速下永磁发电机系统仿真分析

5.4 小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文