隨著科技的發(fā)展以及近年來人們對環(huán)保意識的提升,各國已經發(fā)布禁售燃油汽車的時間節(jié)點,電動汽車逐漸進入人們的視野當中。關于電動汽車電機以及如何提高電動汽車電機的功率密度是當下討論的熱點問題。永磁同步電機由于其體積較小、質量較輕且輸出功率較高的特點使得其在電動汽車上的應用前景尤為突出。電機的散熱是實現(xiàn)正常工作的核心保障,因此本文從高功率密度電機的電磁設計、結構優(yōu)化以及冷卻結構等問題進行深入研究,設計一款滿足工況要求的8極高功率密度電機。首先,對電動汽車傳動系統(tǒng)進行分析,研究電動汽車動力性能以及所受阻力,并對電動汽車電機相關性能參數(shù)進行匹配分析。提出電機設計的基本參數(shù)要求。然后,明確高功率密度電機的設計流程。關于電磁設計,如何通過合理設計并優(yōu)化電機結構提高功率密度是重點研究的問題。本文從以下方面對電機電磁結構進行設計:電機的極槽配合及合理設置斜槽降低齒槽轉矩;設計定子槽高和槽深以及優(yōu)化槽口寬度降低電機損耗;良好的永磁體材料以及永磁體尺寸設計;“V”型轉子結構可提高永磁材料利用率和氣隙磁密度。并在保證效率基本不變的原則基礎上對電機轉子磁鋼進行結構改進設計。搭建優(yōu)化平臺對其相關性進行分析,改進后,... 

【文章來源】：遼寧工程技術大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國電動機能效標準與一般工業(yè)電機效率對比

w/kg的車用永磁同步電機。采用機殼水冷的結構且早在2006年，開發(fā)出額定功率55kw的永磁同步電動機[5-7]。張懿夫提出了一種基于遺傳算法和響應面法相結合的電機設計方法，通過降低轉矩的脈動頻率，使得電機運行的平穩(wěn)性進一步提高[8]。周勝梅提出了定子槽型寬度的不同會影響電機的性能這一觀點[9]。外國學者K.Yamazaki運用了三維有限元法提出了在不同的永磁體軸向分段在PWM調制下對電機渦流損耗的影響。歐美國家相較于日本關于永磁電機的研究較晚，如Satcon公司通過改變定子繞組使得電機轉速得以提高，具有較高的調速范圍。如圖1.2為美國的橡樹嶺國家實驗室在2017年開發(fā)出一款鐵氧體永磁同步電機，該電機采用雙層SPOKE結構，該電機的峰值功率為103kw，轉矩密度比日本的Prius2010提高了10%，最高的轉速更是提高了20%[10]。圖1.2美國橡樹嶺研發(fā)的電機結構Figure1.2MotorstructuredevelopedbyOakRidgeUSASaharSharouni和PeymanNaderi提出了一種新型的磁等效電路法MEC對外轉子電機進行建模，比較了不同狀態(tài)下的槽偏角以及齒槽角，優(yōu)化了電機的動態(tài)性能[11]。豐田公司推出的前3代Prius混合動力汽車將永磁同步電機的功率由最初的33kw提升至60kw，其結構選定均為內置式結構的永磁同步電機[12]。第3代Prius電機的定子以及轉子如圖1.3所示。該公司在2015年研制并發(fā)布了第四代電機，相比于第三代轉速提高了3500rpm，功率密度提高了10%。而英國公司Equipmake對電機進行顛覆性創(chuàng)新，其瞄準的電動汽車市場，開發(fā)的電機轉速高達12萬轉，持續(xù)功率17kw的電機只有3.9kg，具備突破性的功

電動汽車高功率密度永磁電機設計及優(yōu)化分析4率密度優(yōu)勢。圖1.3第3代Prius電機的定轉子結構Figure1.3Fixedrotorstructureofthe3rdgenerationPriusmotor1.2.2國內外電機冷卻研究現(xiàn)狀永磁同步電機以其較高的功率密度被廣泛應用在各類行業(yè)中，但是如何將電機溫度降低是很多學者研究的重要內容之一。在空冷方面，高雄智巳等學者設計出一種新式全封閉風冷系統(tǒng)，可有效減少了電機的噪聲問題[13]。由于電機水冷使得電機的對流換熱效率更高，因此也就成為了研究的熱點問題。國內學者吳桂珍提出了一種新型的S型定子外殼結構，可以有效地提高電機的散熱能力[14]。吳琳等學者提出了關于電機的水冷系統(tǒng)設計的計算模型[15]。H.Neudorfer設計了一種新型基座，利用雙臂的結構使得冷卻液利用旋轉流道流回基座，通過實驗的測定，滿足電機的溫升試驗要求[16]。PingZheng等設計了適用于混合動力汽車上的一種二維電機溫升圖[17]。BogliettiA和StatonA分別進行的是感應電機的冷卻系統(tǒng)設計和對電機冷卻方式的研究[18-19]。Marignetti等人提出了一種采用有限元的方法對電機的溫度場以及流體場設計研究的方式[20]。AhamdDarabi在研究橫向磁場的永磁電機時，提出了電機的六項爪極的設計，由于電機的體積較大，在采用水冷的方式進行散熱時，每項鋁殼內涂有兩項由銅管制成的冷卻通道，經過實驗測定，可有效地傳遞出電機內部的熱量，改善電機的冷卻散熱問題[21]。1.3論文主要研究內容關于電動汽車所用的高功率密度永磁同步電機的設計包含有結構、電磁、流體等方面。目前，增大功率密度可以通過優(yōu)化電機的電磁結構、合理使用性能好的電磁材料、通過調節(jié)速度將轉速增大、優(yōu)化并提高電機的散熱性能等方法。但目前關于電機在冷卻殼體散熱方面研究比較少，因此，本文著重研究了

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]槽口寬度和磁極偏心對伺服電動機齒槽轉矩的影響[J]. 孫兆瓊,李定華,錢榮超.  微特電機. 2018(06)
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博士論文
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碩士論文
[1]電動汽車用V形轉子磁體結構永磁同步電動機研究[D]. 張懿夫.山東大學 2019
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[4]熱—結構—聲三場耦合下隨機結構的動力響應及可靠性分析[D]. 劉備.西安電子科技大學 2018
[5]水冷永磁電機多工況熱特性及冷卻水道研究[D]. 劉威.北京交通大學 2018
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[7]水內冷永磁同步電機設計與溫升研究[D]. 殷浩文.重慶大學 2018
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本文編號：3414904