【摘要】：近二十年來,磁通切換永磁(Flux-Switching Permanent-Magnet,簡稱FSPM)電機因其結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)勢,是新能源電動汽車用驅(qū)動電機的一個重要發(fā)展方向。FSPM電機的定轉(zhuǎn)子鐵心都為雙凸極結(jié)構(gòu),定子上均衡分布集中式電樞繞組線圈,轉(zhuǎn)子上既無永磁體又無繞組。由于結(jié)構(gòu)所帶來的特有聚磁效應(yīng)、繞組一致性與互補性等特點,使得在采用集中繞組及直槽轉(zhuǎn)子的條件下,就可以獲得正弦度較高的每相空載永磁磁鏈與空載感應(yīng)電勢,特別適合于對電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波動要求較高的交流驅(qū)動系統(tǒng)。此外,由于永磁體置于定子,使得FSPM電機高速運行時不存在永磁體脫落的風險,同時永磁體與定子鐵心及外殼直接接觸,有利于永磁體的冷卻。基于上述優(yōu)勢,本文以一臺應(yīng)用于輕混型電動汽車起動與發(fā)電一體(Integrated Starter-Generator,ISG)的FSPM電機作為研究對象。基于時步有限元法計算FSPM電機的鐵耗大小,將計算所得損耗作為熱源導入電機三維有限元模型,仿真得到電機不同工況下的溫升分布。在相同工況下,進行溫升試驗,所得測量結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比,以驗證所建溫度場仿真模型的準確性。最后,分析FSPM電機現(xiàn)有冷卻水道的性能,并提出冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案。論文的主要研究內(nèi)容包括如下部分:1、闡述本課題的研究背景與永磁電機繞組損耗計算、鐵耗計算、永磁體渦流損耗計算、溫度場計算、空冷冷卻系統(tǒng)設(shè)計和液冷冷卻系統(tǒng)設(shè)計的研究現(xiàn)狀。2、考慮直流偏磁對電機鐵耗的影響,基于時步有限元法計算電機鐵耗,并將計算結(jié)果與有限元軟件Maxwell和JMAG的鐵耗仿真結(jié)果進行對比,驗證其計算結(jié)果的準確性。通過有限元仿真得到電機永磁體和冷卻機殼內(nèi)的渦流損耗,依據(jù)經(jīng)驗公式計算電機轉(zhuǎn)子的機械損耗,通過電機空載試驗測量電機總損耗,驗證損耗計算的準確性。3、利用FLUENT軟件得到不同工況下電機各部件瞬態(tài)溫度變化曲線和穩(wěn)態(tài)溫度分布。相同工況下,在混合動力平臺上,進行電機溫升實驗,測量電機瞬時溫度和穩(wěn)態(tài)溫度,將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比,驗證仿真模型的準確性。4、結(jié)合電機現(xiàn)有的水冷結(jié)構(gòu),依據(jù)傳熱學原理推導出電機定子中心溫度與冷卻液流速間的關(guān)系,探究冷卻水道入口流量對冷卻結(jié)構(gòu)性能的影響。在電機溫升試驗中通過變頻水泵改變冷卻結(jié)構(gòu)入口流量,測量不同入口流量下電機的穩(wěn)態(tài)溫度分布,驗證FLUENT仿真結(jié)果,并對冷卻水道幾何參數(shù)進行優(yōu)化。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM351
【圖文】：

8圖1-2 混合動力車用感應(yīng)電機疊片結(jié)構(gòu)圖1-3 電機冷卻環(huán)和定子液冷冷卻能力強，適用于高功率密度、高過載能力車用驅(qū)動電機，但是應(yīng)該結(jié)合電動汽車的工況，選用合適的液冷介質(zhì)與合理的冷卻結(jié)構(gòu)，并可靠控制液體介質(zhì)的流速。同時，液冷方式也存在著一些缺點：水的導電性能比冷卻油好，一旦發(fā)生液體滲漏，后果十分危險，因而對冷卻系統(tǒng)的密封性要求高，增加了整車成本、降低了系統(tǒng)的可靠性。1.3 本文主要研究內(nèi)容本文以混合動力汽車起發(fā)一體用磁通切換永磁電機為研究對象，圍繞該電機的冷卻系統(tǒng)設(shè)計與分析展開研究，通過有限元法和實驗方法，著重研究了磁通切換永磁電機的損耗、溫度場分布以及冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多方面問題，具體內(nèi)容如下：（1）第一章介紹了目前國內(nèi)外電機損耗計算的常用方法及其研究現(xiàn)狀

12(a) 二維模型 (b) 樣機定子圖2-1 三相12槽/10極FSPM電機(a) 二維模型 (b) 樣機定子圖2-2 三相18槽/8極Honda-IPM電機2.1.2 關(guān)鍵位置磁密分析本文研究的三相 12/10-FSPM 電機的一個電周期所對應(yīng)的機械角度為 36°，然而轉(zhuǎn)子鐵心需要經(jīng)過兩個定子齒之后其徑向和切向磁密才會與初始位置重合，所對應(yīng)的機械角度為 60°。為了得到電機內(nèi)磁密變化規(guī)律，需要分析一個電周期內(nèi)的電機各個部位磁密變化波形，利用 ANSYS 多物理場進行有限元計算，并將有限元仿真的時間設(shè)置為 60°機械角度，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn) 1o計算一次，得到定、轉(zhuǎn)子鐵心每一個剖分單元磁密的合成矢量幅值、徑向分量和切向分量。

第二章 磁通切換永磁電機損耗計算與分析13圖2-3 三相12/10-FSPM電機磁密分析關(guān)鍵點選取計及三相 12/10-FSPM 電機的幾何對稱性，選取的 8 個關(guān)鍵點具體位置如圖 2-3，其中，點 1~點 4 分別位于定子鐵心的軛部中心、齒與軛交界、齒中心、齒尖；點 5~點 8 則分別位于轉(zhuǎn)子齒尖、齒中心、齒與軛交界、軛部。通過分析這 8 個關(guān)鍵位置點的磁密波形，可以得到該電機定、轉(zhuǎn)子鐵心磁密的分布規(guī)律。因此，首先針對所取的關(guān)鍵位置點，基于 ANSYS 仿真平臺計算出 8 個點的切向和徑向磁密波形，如圖 2-4 所示，從圖中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：（1）定子齒部徑向磁密分量變化幅值較大，切向磁密變化幅值較小，磁密波形非正弦

【參考文獻】

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本文編號：2755340