电动汽车永磁同步驱动电机电磁热设计研究

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1、分类号学号D201177266学校代码10487密级博士学位论文电动汽车永磁同步驱动电机电磁热设计研究学位申请人：张斌学科专业：电机与电器指导教师：曲荣海教授答辩日期：2015年5月20日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonElectromagnetic-ThermalDesignofPermanentMagnetSynchronousMachinesfor

2、ElectricVehicleApplicationPh.D.Candidate：BinZhangMajor：ElectricMachinesandElectricApparatusSupervisor：Prof.RonghaiQuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本

3、文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师

4、签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要随着经济快速的发展，我国汽车销量呈现出持续快速地增长。汽车保有量的不断增加,不仅导致了我国石油消耗量的日趋增大，也给环境带来了巨大的负担，使环境日益恶化。因此，控制并降低汽车对环境污染已成为了我国社会和谐发展亟需解决的一个重大课题。与传统燃油汽车相比，电动汽车因零排放而备受关注。电动汽车的开发不仅不会受能源种类与能源储量的影响，更能推动整个新能源产业的积极快速地发展。永磁电机作为电动汽车驱动系统的心脏，因高效率、高功率因数、宽弱磁范围、高转矩过载能力以及低噪声与振动等优点受到许多的关注。然

5、而，当电动汽车经常地工作在恶劣环境下，持续处于起动、爬坡、加速等工作状态，其温升势必影响到整个驱动电机的稳定工作。因此，为了确保电动汽车能稳定可靠地行驶，精确的电磁热分析与设计研究在驱动电机设计过程中必不可少。本文主要针对电动汽车永磁同步驱动电机电磁热分析进行研究，其主要工作可以概括为以下几个方面：1.通过对电动汽车车辆模型及行驶特性进行分析得出了驱动电机输出特性与电动汽车行驶工况之间的关系。为了使永磁同步驱动电机获得区域型高效率，在不同工况下对其进行了电磁分析。最后，针对电磁设计方案进行样机试制与实验验证。2.为了从热分析的角度给电动汽车永磁同

6、步驱动电机选择提供一些参考，针对不同绕组结构的永磁同步电机进行了热分析对比研究。在不同转速下与不同转矩过载工况下对不同绕组结构的永磁同步电机的电流、损耗、温升、热流进行了分析,并利用有限元对不同绕组结构的永磁同步电机进行了瞬态热分析。3.通过引入进化策略并采用加权的单元适应度对其进行了改进。为了提高耦合计算收敛的精度与速度，结合电磁场有限元与热阻网络将改进的进化策略应用到永磁同步驱动电机电磁热耦合分析中。针对改进的耦合分析方法对驱动电机在不同工况下进行了电磁热计算。最后，利用36kW驱动电机样机对电磁热分析结果进行了实验验证。I华中科技大学博士学

7、位论文4.针对全封闭水冷永磁同步驱动电机转子端部空间内空气的对流传热进行了研究。基于热流平衡构造了热分析模型,并利用此模型对驱动电机在不同工况下进行了热分析。最后，利用36kW驱动电机进行了样机试制与实验验证。5.通过结合热、流体与结构分析提出了驱动电机冷却水套优化设计方案，并利用此方案对驱动电机冷却水套进行了优化设计。同时，提出了冷却水套冷却能力衡量参数-对流传热因子，利用此参数对冷却水套中冷却水道数目与截面尺寸进行了优化设计。利用结构有限元对冷却水套中冷却水道的位置进行了优化。最后，针对一个全封闭水冷永磁同步驱动电机进行了热分析仿真实验，实验

8、结果表明优化设计后的冷却水套结构具有良好的冷却能力。关键词：电动汽车，永磁同步电机，电磁设计，电磁热分析，热阻网络，改进的进化策略，对流