混合動力汽車用高效能永磁電機(jī)研究

2.8萬字
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摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，日常生活越來越離不開汽車。但是，環(huán)境污染和能源緊缺問題愈加嚴(yán)重，制約著世界汽車工業(yè)的發(fā)展，而新興的混合動力汽車具有較高的燃油經(jīng)濟(jì)性和較低的排放，并且擁有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展前景非常好?；旌蟿恿ζ嚨暮诵氖腔旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)，而驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是驅(qū)動電機(jī)，其性能將直接影響車輛整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能等。
本文首先介紹了國內(nèi)外混合動力汽車的特點(diǎn)，歷史，發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，并且說明了混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的分類和主要特點(diǎn)，同時(shí)也研究了混合動力汽車用驅(qū)動電機(jī)的分類及優(yōu)缺點(diǎn)。
接著又介紹了永磁同步電動機(jī)的概念，并由此展開，研究了它的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、啟動方式等，同時(shí)我們還研究了永磁電機(jī)內(nèi)永磁材料的分類與選用。
其次，結(jié)合豐田公司2004年推出的普銳斯汽車的驅(qū)動電機(jī)，研究永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)中參數(shù)的選用以及對電動機(jī)的影響，然后探討混合動力汽車用高效能永磁電機(jī)設(shè)計(jì)分析中的關(guān)鍵技術(shù)。
最后，在之前理論研究的基礎(chǔ)上，借助于ANSOFT平臺，對普銳斯混合動力汽車的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行Maxwell 2D有限元仿真，分析電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能，瞬態(tài)性能等，研究一些結(jié)構(gòu)參數(shù)對電機(jī)性能的影響，為電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵字：混合動力汽車 永磁同步電機(jī) 有限元仿真 穩(wěn)態(tài)性能 動態(tài)性能


Study of High-performance Permanent Magnet Motor for Hybrid Electric Vehicle
Abstract With the development of economy, people's living standards has been improved, more and more inseparable pollutes from daily life vehicles. However, environmental pollution and energy shortages become more serious, restricting the development of the world’s auto industry. And the emerging of hybrid vehicles with higher fuel economy and lower emissions, which has the advantages of traditional internal combustion engine vehicles and pure electric vehicles, Therefore, the development prospects are very good. Core hybrid car is the hybrid drive system, the key component of the drive system is a drive motor, its performance will directly affect vehicle power, economy and emissions performance.
This paper describes the characteristics of hybrid vehicles at home and abroad, development status and trends on history, and illustrates the classification of hybrid vehicle drive system and the main features, but also to study the hybrid vehicle classification and the advantages and disadvantages of the drive motor.
Then this paper introduces the concept of permanent magnet synchronous motor, and thus expans the study of its structure, operation principle, starting methods. This paper also studies the classification of the permanent magnet motor permanent magnet materials and selection.
Secondly, This paper combines with the drive motor vehicles Toyota Prius launched in 2004 to study the design of permanent magnet synchronous motor points, including the selection of design parameters and the impact on the motor. And then it explores the hybrid vehicle design and analysis of high-performance permanent magnet motor with the key technologies.
Finally, based on prior theoretical research, aid for ANSOFT platform for Prius hybrid vehicle drive motor with Maxwell 2D finite element is simulated with analysis of steady-state performance, transient performance, etc..And to study some structural parameters on motor performance impact, this paper providing a theoretical basis for the optimal design of the motor.

Key words HEV，PMSM，2D finite element，Static performance，Dynamic performance

目 錄
第一章 緒論 1
1.1 選題背景與意義 1
1.2 混合動力汽車的特點(diǎn) 2
1.3 混合動力汽車的歷史與國內(nèi)外發(fā)展 3
1.3.1 混合動力汽車的歷史 3
1.3.2 國外混合動力汽車的發(fā)展 5
1.3.3 國內(nèi)混合動力汽車的發(fā)展 6
1.4 本課題的主要研究工作 8
第二章 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 9
2.1 引言 9
2.2 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的分類 9
2.2.1 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng) 9
2.2.2 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng) 11
2.2.3 混聯(lián)式混合動力系統(tǒng) 13
2.3 混合動力汽車用驅(qū)動電機(jī)分類 14
2.3.1 直流電動機(jī) 14
2.3.2 異步電動機(jī) 15
2.3.3 開關(guān)磁阻電機(jī) 16
2.3.4 永磁同步電動機(jī) 16
2.4 本章小結(jié) 17
第三章 永磁同步電動機(jī)的研究 18
3.1 引言 18
3.2 永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 18
3.2.1 永磁同步電動機(jī)總體結(jié)構(gòu) 18
3.2.2 永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 19
3.3 永磁同步電動機(jī)的起動方法及運(yùn)行原理 23
3.3.1 永磁同步電動的起動方法 23
3.3.2 永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行原理 23
3.4 電機(jī)內(nèi)永磁材料的分類與選用 24
3.4.1 鋁鎳鈷永磁材料 24
3.4.2 鐵氧體永磁材料 25
3.4.3 稀土永磁材料 25
3.5 本章小結(jié) 26
第四章 混合動力汽車用驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)研究 28
4.1 引言 28
4.2 驅(qū)動電機(jī)的基本要求 28
4.2.1 驅(qū)動電機(jī)選用要求 28
4.2.2 普銳斯混合動力汽車驅(qū)動電機(jī)簡介 29
4.3 永磁同步電動機(jī)的設(shè)計(jì)研究 29
4.3.1 主要尺寸設(shè)計(jì)研究 30
4.3.2 極數(shù)的選擇研究 31
4.3.3 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)研究 32
4.3.4 永磁體設(shè)計(jì)研究 32
4.3.5 電樞繞組設(shè)計(jì)研究 33
4.3.6 定子沖片的設(shè)計(jì)研究 34
4.4 普銳斯混合動力汽車驅(qū)動電機(jī)參數(shù) 35
4.5 本章小結(jié) 36
第五章 基于ANSOFT的Prius驅(qū)動電機(jī)的分析與研究 38
5.1 引言 38
5.2..