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1、电动汽车用高功率密度永磁同步电机设计研究DesignandResearchonHighPowerDensityPermanentMagnetSynchronousMotorforElectricVehicle领域：电气工程作者姓名：张力指导教师：王晓远教授企业导师：窦汝振高级工程师天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十二月摘要近年来，环境污染加剧，空气质量下降，化石燃料资源逐渐枯竭，进一步的环境保护以及节能减排工作刻不容缓。然而，传统内燃机汽车行驶中需要消耗大量化石燃料并排放大量有毒尾气，对资源和环境带来了双重压
2、力。相比与传统内燃机汽车，电动汽车在能源形式、节能效率、尾气排放上具有巨大优势。因此，电动汽车作为传统汽车的替代方案，近来得到了大力提倡和发展。电动汽车驱动电机作为电动汽车动力系统的核心部件之一，其性能决定了车辆动力性能的好坏。特别的，电动汽车空间狭小，要求驱动电机具有较高的功率密度。本文对电动汽车驱动用高功率密度永磁同步电机本体设计以及优化展开分析研究。首先，按照课题要求完成额定功率为30kW的高功率密度永磁同步电机本体电磁设计。为了尽可能提高电机的功率密度，转子结构设计为内置“V”型。为了减小电机的转子涡流损耗
3、，电机采用整数槽分布绕组，转子6极，定子36槽。定子槽型采用普通的梨形槽。其次，在有限元仿真软件中对初步设计的高功率密度永磁同步电机的静态场和瞬态场进行仿真分析，验证了设计的合理性。重点分析了电机的转矩特性，得到了额定电流不同电流超前角度下的电磁转矩，不同电流下的电磁转矩，并且分析了电机的齿槽转矩以及电感特性。再次，为了提高电机的输出转矩特性，提出了基于田口算法的多目标优化设计。合理选择电机转子关键结构参数作为优化变量。并以电机最大平均转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标，利用田口算法对电机进行优化，最终得到
4、优化后的转子结构参数。有限元仿真结果证明所用方法的有效性。最后，提出了转子开孔的减重方案，合理选择了开孔位置，比较了不同开孔半径下的电机的输出转矩，得到了最优的开孔半径。优化了永磁体的材料，采用了磁性能更高的NdFeB永磁材料替代原有的永磁材料，提高了电机的功率密度。关键词：电动汽车；高功率密度；永磁同步电机；田口算法；多目标优化；有限元方法ABSTRACTInrecentyears,furtherenvironmentalprotection,energysavingandemissionreductionare
5、urgent,becauseofenvironmentalpollution,poorairquality,fossilfuelresourcesdriedup.However,thetraditionalinternalcombustionenginevehiclesneedtoconsumealargeamountoffossilfuelandemitalargeamountoftoxicgas,whichhasbroughtalotofpressureonresourcesandenvironment.Com
6、paredwithtraditionalvehicles,electricvehicleshaveahugeadvantageontheformofenergy,energyefficiency,emissions.Therefore,electricvehiclesasalternativestothetraditionalvehicles,haverecentlybeenvigorouslypromotedanddeveloped.Asoneofthekeycomponentsofelectricvehicle
7、powersystem,theelectricvehicledrivingmotoristhekeypartoftheelectricvehiclepowersystem.Inparticular,thespaceofelectricvehicleissmall,whichrequiresthemotorwithahighpowerdensity.Thedesignandoptimizationofhighpowerdensitypermanentmagnetsynchronousmotorforelectricv
8、ehicleareanalyzedinthispaper.First,theelectromagneticdesignofhighpowerdensitypermanentmagnetsynchronousmotorwhichpowerratingis30kWwascompleted.Inordertoimprovethepowerdensityofthem
