純電動汽車用五相容錯永磁同步電機的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，電動汽車引起了越來越多的關(guān)注。對于電動汽車這種與人類生活密切相關(guān)的現(xiàn)代交通工具來說，其安全性和可靠性至關(guān)重要。與混合動力汽車不同，純電動汽車完全由電機驅(qū)動，一旦電機系統(tǒng)發(fā)生故障不能工作，純電動汽車將完全癱瘓以致不能繼續(xù)運行，因此研究具有高容錯能力的電驅(qū)動系統(tǒng)是未來電動汽車技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。為了提高電機系統(tǒng)的容錯性能，本文研究了具有高可靠性、高容錯運行能力的五相容錯永磁同步電機，該方案可作為下一

2、代電動汽車的高性能電力驅(qū)動執(zhí)行方案，此外，該技術(shù)還可推廣到艦船推進、航空航天等其它對可靠性要求很高的場合。本文圍繞五相容錯永磁同步電機的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題開展研究，主要工作包括以下幾個方面：
　　首先，對五相容錯永磁同步電機的電磁方案和參數(shù)計算問題進行了研究。結(jié)合電動汽車應用背景及多相容錯永磁同步電機基本設計原則，首先提出了基于單層和雙層分數(shù)槽集中繞組的電磁方案。通過深入分析單層和雙層分數(shù)槽集中繞組方案，進一步提出一種新型的單雙層混

3、合式分數(shù)槽集中繞組方案。針對分數(shù)槽集中繞組中的1對極次諧波導致永磁體渦流損耗大的問題，提出一種不等匝分數(shù)槽集中繞組方案，將分數(shù)槽集中繞組中的1對極諧波予以消除。將單層、雙層以及單雙層混合式分數(shù)槽集中繞組進行了對比，給出了該類電機的電磁方案選擇原則。針對分數(shù)槽集中繞組在槽內(nèi)左右分層的特點，推導了該類繞組的槽漏抗計算公式；針對分數(shù)槽集中繞組諧波比漏磁導系數(shù)計算復雜、依賴有限次數(shù)累加、計算精度低的問題，推導了分數(shù)槽集中繞組諧波比漏磁導系數(shù)的精

4、確計算公式，為多相容錯永磁同步電機的設計提供了指導。
　　其次，對五相容錯永磁同步電機的繞組開路故障容錯控制策略進行了研究。對五相容錯永磁同步電機驅(qū)動電路的拓撲結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)合電動汽車應用背景，針對電機一至三相繞組的開路故障，提出了不約束中性點電流的重構(gòu)圓形旋轉(zhuǎn)磁場容錯控制策略，同時還提出了五相容錯永磁同步電機在全橋驅(qū)動形式下基于最大轉(zhuǎn)矩銅損比的容錯控制策略。采用有限元方法對這兩種容錯控制策略進行了分析，并從轉(zhuǎn)矩輸出和效率等方面

5、對這兩種容錯控制策略進行了評價。對五相容錯永磁同步電機在開路故障下的容錯運行特性進行了研究。
　　再次，對五相容錯永磁同步電機的短路故障分析與檢測方法進行了研究。分析了五相容錯永磁同步電機的典型繞組短路故障。為了考慮繞組形狀和真實位置分布對短路電流的影響，提出了考慮導線并繞的繞組短路故障分析模型。分析了單根導線上和并繞導線間發(fā)生短路故障時，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線圈的短路故障檢測方

6、法，研究了單根導線上以及并繞導線間發(fā)生短路故障時的短路故障檢測方法。
　　第四，對五相容錯永磁同步電機的溫升及冷卻問題進行了研究。建立了五相容錯永磁同步電機的二維溫度場分析模型。對五相外轉(zhuǎn)子電機的外機殼、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熱系數(shù)確定方法進行了討論。分析了水冷以及強制風冷的冷卻效力及影響區(qū)域，設計了該電機的冷卻系統(tǒng)，進而對五相容錯永磁同步電機在額定及過載情況下的溫度場分布進行分析，同時對電機在故