用于混合动力汽车ISAD系统的直流无刷电机的设计及优化

【摘要】： 混合动力汽车(HEV)是具有低污染、低油耗特点的新一代清洁能源汽车。电机作为混合动力汽车的重要组成部分,成了近年来研究的热点。而目前用在混合动力汽车ISAD(Integrated Starter Alternator Damper)系统中的电机主要是交流电机、开关磁阻和永磁同步电机,为推进直流无刷电机在混合动力汽车中的应用,本文结合实际设计了一台采用42V电源,10kW混合动力汽车起动发电系统用的外转子永磁无刷直流电机。 本文结合内燃机的功率、转矩和总阻力矩等各项性能参数,首先对某种混合动力汽车用ISAD的匹配性能进行了研究,提出了电机设计中起动功率以及发电功率的确定,从而确定了设计目标,然后根据该目标选择并确立永磁直流无刷电机方案的电机电磁参数,合理的绕组型式,最后采用场路结合的设计方法完成了电机的设计。 电机的运行性能取决于电机的参数和损耗,因此对电机的结构参数进行分析可以对电机进行优化。为验证设计的电机是否满足混合动力汽车ISAD系统的要求,利用Ansoft软件对设计好的电机进行了在不同工况的瞬态分析。最后对整个ISAD系统进行了设计,给出了系统的控制策略,介绍了主要功率元件的选择、位置传感器的选择,并搭建了实验平台,记录了实验波形和实验数据。实验结果验证了设计的直流无刷电机用在混合动力汽车ISAD系统中是可行的。 【关键词】：ISAD 永磁无刷 有限元 场路结合 参数分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.72;TM33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 课题的背景及意义10-11
• 1.3 ISAD系统的组成与国内外研究现状11-17
• 1.3.1 ISAD系统的组成11-12
• 1.3.2 ISAD系统的国内外技术研究12-13
• 1.3.3 用于混合动力汽车的ISG电机13-14
• 1.3.4 永磁直流无刷电机的研究现状14-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 第二章 永磁直流无刷电机的基本结构及其磁路原理18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 永磁无刷电机的基本结构18-19
• 2.3 直流无刷电机的运行原理19-25
• 2.3.1 直流无刷电机的电动机状态20-22
• 2.3.2 永磁直流无刷电机的发电机状态22-25
• 2.4 直流无刷电机磁路计算基础25-31
• 2.4.1 永磁电机的等效磁路25-28
• 2.4.2 电磁场数值计算的内容28-29
• 2.4.3 电磁场有限元算法29-31
• 2.5 有限元软件ANSOFT简介31-33
• 2.5.1 RMxprt旋转电机设计软件简介32
• 2.5.2 低频二维电磁场仿真软件Maxwell 2D Field Simulator简介32-33
• 2.6 小结33-34
• 第三章 混合动力汽车ISAD系统用直流无刷电机的设计34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 直流无刷电机设计的主要任务与技术要求34-35
• 3.3 混合动力汽车用直流无刷起动发电机性能参数指标的确定35-38
• 3.4 电机设计的主要技术目标的确定38-40
• 3.5 电机的总体设计40-43
• 3.5.1 电机的大体尺寸40
• 3.5.2 转子结构40
• 3.5.3 永磁材料的选择40-41
• 3.5.4 定子的槽数和转子极对数的选取41
• 3.5.5 气隙长度41-42
• 3.5.6 电磁负荷的选取42
• 3.5.7 主要尺寸比的选取42-43
• 3.5.8 效率的选取43
• 3.6 场路结合的电磁计算43-44
• 3.7 电机设计的有限元分析44-48
• 3.7.1 直流无刷电机的有限元模型的建立44-47
• 3.7.2 有限元计算结果分析47-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第四章 ISAD系统用直流无刷电机的优化及瞬态仿真49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 永磁直流无刷起动发电机结构参数性能分析及优化49-52
• 4.2.1 参数分析49-51
• 4.2.2 优化结果51-52
• 4.3 直流无刷电机瞬态特性分析52-58
• 4.3.1 起动特性分析52-55
• 4.3.2 助力特性分析55-56
• 4.3.3 发电特性分析56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 直流无刷ISAD系统的硬件设计及系统调试59-67
• 5.1 引言59
• 5.2 混合动力汽车电源系统介绍59-60
• 5.3 ISAD系统设计60-63
• 5.3.1 位置传感器的选择61-62
• 5.3.2 功率主电路的设计62-63
• 5.4 控制策略63-64
• 5.5 调试过程64-65
• 5.6 试验情况65-66
• 5.7 本章小结66-67
• 第六章 全文的总结与展望67-69
• 6.1 全文工作的总结67
• 6.2 进一步研究工作的展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 作者在读期间发表的论文73

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