轮毂盘式永磁同步电动机的设计与分析

摘要

利用轮毂电机直接驱动电动汽车采用轮毂电机，避免了机械传动系统中的能量损失，使电能得到了最大的利用。电动汽车采用轮毂直驱式可立即产生旋转动力，减少了加速时间，并且对每个车轮实施单独控制非常方便，具有较高的灵敏度。盘式永磁同步电动机是一种高性能的轴向磁场电动机，具有很高的功率密度、体积小、重量轻、结构紧凑和具有良好的动态性能等优点，非常适合用作高能伺服电机，目前盘式永磁同步电动机已经广泛用于机器人等高新科技领域。本课题选用盘式永磁同步电动机作为轮毂电机直接驱动电动汽车，合理地选择并设计了轮毂电机，并使用有限元对该电动机的电磁场进行仿真分析。　　 本文从电动汽车的三大动力性能指标出发，首先按照小型车的要求得出了轮毂电机的额定功率、额定转速等最基本参数。结合盘式永磁同步电动机的基本结构、原理与主要特点，详细设计了4000W具有楔形气隙的外转子式轮毂盘式永磁同步电动机。为了进一步了解电机内部的电磁分布，本文利用有限元方法对样机的空载磁场、电枢磁场与负载磁场进行了深入的分析。由于电动机采用无铁心结构，电枢反应对空载磁场的弱磁作用非常小，不能利用改变电枢磁场的方式对电机进行调速，对此文中给出了两种解决方法用以适应电动汽车对于电机宽调速的要求。为了使盘式永磁电动机适用于大功率大转矩汽车，可以将该电机改进成为多盘式结构，大大提高了电机的功率与转矩。本文利用有限元方法对三转子双定子多盘式永磁同步电动机的电枢与负载磁场进行了分析，分别建立了二维与三维物理模型，得出了多盘式电机的电枢磁场对主磁场的影响。　　 轮毂电机与盘式永磁同步电机其本身都具有优异的技术特点，使用盘式永磁同步电动机作为轮毂电机驱动电动汽车，必将成为今后电动汽车最理想驱动方式。

目录

文摘

英文文摘

第-章 绪论

1.1 汽车轮毂电机的国内外发展概况

1.2 盘式永磁同步电机的国内外发展及研究现状

1.3 本课题的目的及意义

1.4 本课题完成的工作

第二章 电动汽车轮毂电动机驱动系统

2.1 电动汽车的结构与工作原理

2.2 电动汽车的驱动电动机

2.2 轮毂式电动汽车的结构形式及其特点

2.3 轮毂式电动汽车动力性能分析

2.4 轮毂电机参数选择

2.4.1 转速的确定

2.4.2 功率的确定

2.4.3 转矩校核

2.4.4 加速性能校核

2.4.5 轮毂电动机主要参数

第三章 基于Halbach阵列的轮毂盘式永磁同步电动机

3.1 盘式永磁同步电动机的基本结构与特点

3.2 Halbach永磁体阵列

3.3 轮毂盘式永磁电动机的基本结构

3.3.1 均匀气隙结构

3.3.2 楔形气隙结构

3.3.3 基于单元电机的多盘多气隙结构

3.3.4 三转子双定子结构

第四章 轮毂盘式永磁同步电机磁场分析

4.1 电磁场的理论基础

4.2 轮毂盘式永磁同步电机的有限元原理

4.3 轮毂盘式永磁同步电机磁场的有限元仿真

4.3.1 轮毂盘式永磁同步电机空载磁场分析

4.3.2 轮毂盘式永磁同步电机电枢磁场分析

4.3.3 轮毂盘式永磁同步电机负载磁场分析

4.4 基于调速方式的轮毂电机设计相关问题

4.4.1 反电动势的选择

4.4.2 改变钢盘相对位置调速

4.5 电磁力的有限元计算

第五章 轮毂多盘式永磁同步电机电枢与负载磁场分析

5.1 轮毂多盘式永磁同步电机二维电枢与负载磁场的有限元仿真

5.2 轮毂多盘式永磁同步电机三维电枢与负载磁场的有限元仿真

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢