純電動(dòng)汽車(chē)用五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車(chē)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)這種與人類(lèi)生活密切相關(guān)的現(xiàn)代交通工具來(lái)說(shuō)，其安全性和可靠性至關(guān)重要。與混合動(dòng)力汽車(chē)不同，純電動(dòng)汽車(chē)完全由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一旦電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障不能工作，純電動(dòng)汽車(chē)將完全癱瘓以致不能繼續(xù)運(yùn)行，因此研究具有高容錯(cuò)能力的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。為了提高電機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，本文研究了具有高可靠性、高容錯(cuò)運(yùn)行能力的五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)，該方案可作為下一

2、代電動(dòng)汽車(chē)的高性能電力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行方案，此外，該技術(shù)還可推廣到艦船推進(jìn)、航空航天等其它對(duì)可靠性要求很高的場(chǎng)合。本文圍繞五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的電磁方案和參數(shù)計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行了研究。結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用背景及多相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)基本設(shè)計(jì)原則，首先提出了基于單層和雙層分?jǐn)?shù)槽集中繞組的電磁方案。通過(guò)深入分析單層和雙層分?jǐn)?shù)槽集中繞組方案，進(jìn)一步提出一種新型的單雙層混

3、合式分?jǐn)?shù)槽集中繞組方案。針對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組中的1對(duì)極次諧波導(dǎo)致永磁體渦流損耗大的問(wèn)題，提出一種不等匝分?jǐn)?shù)槽集中繞組方案，將分?jǐn)?shù)槽集中繞組中的1對(duì)極諧波予以消除。將單層、雙層以及單雙層混合式分?jǐn)?shù)槽集中繞組進(jìn)行了對(duì)比，給出了該類(lèi)電機(jī)的電磁方案選擇原則。針對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組在槽內(nèi)左右分層的特點(diǎn)，推導(dǎo)了該類(lèi)繞組的槽漏抗計(jì)算公式；針對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組諧波比漏磁導(dǎo)系數(shù)計(jì)算復(fù)雜、依賴有限次數(shù)累加、計(jì)算精度低的問(wèn)題，推導(dǎo)了分?jǐn)?shù)槽集中繞組諧波比漏磁導(dǎo)系數(shù)的精

4、確計(jì)算公式，為多相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。
　　其次，對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的繞組開(kāi)路故障容錯(cuò)控制策略進(jìn)行了研究。對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用背景，針對(duì)電機(jī)一至三相繞組的開(kāi)路故障，提出了不約束中性點(diǎn)電流的重構(gòu)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)容錯(cuò)控制策略，同時(shí)還提出了五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)在全橋驅(qū)動(dòng)形式下基于最大轉(zhuǎn)矩銅損比的容錯(cuò)控制策略。采用有限元方法對(duì)這兩種容錯(cuò)控制策略進(jìn)行了分析，并從轉(zhuǎn)矩輸出和效率等方面

5、對(duì)這兩種容錯(cuò)控制策略進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)在開(kāi)路故障下的容錯(cuò)運(yùn)行特性進(jìn)行了研究。
　　再次，對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的短路故障分析與檢測(cè)方法進(jìn)行了研究。分析了五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的典型繞組短路故障。為了考慮繞組形狀和真實(shí)位置分布對(duì)短路電流的影響，提出了考慮導(dǎo)線并繞的繞組短路故障分析模型。分析了單根導(dǎo)線上和并繞導(dǎo)線間發(fā)生短路故障時(shí)，各并繞支路的電流、銅損以及每匝繞組銅損的變化規(guī)律。提出了一種基于新型探測(cè)線圈的短路故障檢測(cè)方

6、法，研究了單根導(dǎo)線上以及并繞導(dǎo)線間發(fā)生短路故障時(shí)的短路故障檢測(cè)方法。
　　第四，對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的溫升及冷卻問(wèn)題進(jìn)行了研究。建立了五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)的二維溫度場(chǎng)分析模型。對(duì)五相外轉(zhuǎn)子電機(jī)的外機(jī)殼、氣隙等傳熱壁面的傳熱系數(shù)、定子繞組的等效分析模型及等效導(dǎo)熱系數(shù)確定方法進(jìn)行了討論。分析了水冷以及強(qiáng)制風(fēng)冷的冷卻效力及影響區(qū)域，設(shè)計(jì)了該電機(jī)的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)五相容錯(cuò)永磁同步電機(jī)在額定及過(guò)載情況下的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)電機(jī)在故