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电动汽车用外转子永磁无刷直流电动机及计算机辅助设计

作　者: 江赛标
导　师: 黄开胜
学　校: 广东工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电动汽车 外转子 永磁无刷直流电动机 有限元分析 场路藕合
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着人类对石油资源需求量的不断攀升,以及人们环境保护意识的不断增强,电动汽车愈来愈成为社会广泛关注的焦点。电动机替代燃油机,不仅可以缓解石油紧缺所带来的压力,还可以减少对空气的污染,具有研究价值。本文首先概述了电动汽车用电动机的研究意义及国内外的发展现状,并对电动汽车用电动机的市场以及发展趋势做了分析和预测。比较了永磁无刷直流电动机与其它几种类型电动机,并选定永磁无刷直流电动机作为电动汽车用驱动电动机。其次,本文简述了永磁无刷直流电动机,并介绍了永磁无刷直流电动机系统的组成。着重介绍了永磁无刷直流电动机的本体、位置检测器和电子开关线路。并分析了永磁无刷直流电动机的运行原理。第三,本文根据电动汽车的运行特点,针对电动汽车用电动机的额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定转矩、轮毂尺寸等进行了分析和讨论。并确定了电动汽车用电动机的主要技术参数及要求。然后结合一台2kW、48V的小功率永磁无刷直流电动机样机,利用电机相似定律设计了一台10 kW、108V电动汽车用外转子永磁无刷直流电动机。运用ANSOFT软件的Maxwell14.0版本中的RMxprt对电动机进行了仿真计算。第四,本文再根据电动汽车用电动机的参数要求范围,以电动机的线电压和铁心长度为参数变量,利用RMxprt中的Optimetrics中的Parametric Setup对电动机进行参数优选计算,从优选结果表中选择符合电动汽车用电动机技术要求的方案。文中制作了一个专门用于导出外转子永磁无刷直流电动机计算清单的模板。最后,将优选出来的方案导入到Maxwell 2D,利用有限元分析法对电动机方案进行有限元计算,分别计算了其空载与负载情况下的气隙磁密,并比较分析其对比结果。再利用ANSOFT中的Circuit Editor分别绘制永磁同步电动机与永磁无刷直流电动机的外电路图,并利用瞬态电磁场数值计算的“场-路”耦合方法,模拟计算了两种,电动机的电磁转矩,得出了在电动机有效材料利用相同的情况下,永磁无刷直流电动机电磁转矩比永磁同步电动机电磁转矩大14.56%的结论。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
CONTENTS  11-14
第一章 绪论  14-24
  1.1 综述  14-18
    1.1.1 电动汽车  14-15
    1.1.2 永磁电动机  15-16
    1.1.3 无刷直流电动机  16-17
    1.1.4 计算机辅助设计  17-18
  1.2 市场预测以及发展趋势  18-19
  1.3 国内外现状  19-20
    1.3.1 国内现状  19
    1.3.2 国外现状  19-20
  1.4 电动汽车用电动机  20-22
  1.5 本文主要工作  22-23
  1.6 本章小节  23-24
第二章 永磁无刷直流电动机的结构、特点和基本理论  24-34
  2.1 永磁材料的发展  24-25
  2.2 永磁无刷直流电动机的结构  25-29
    2.2.1 电动机本体  25-28
    2.2.2 位置检测器  28
    2.2.3 电子开关线路  28-29
  2.3 永磁无刷直流电动机的特点  29-31
  2.4 永磁无刷直流电动机的运行原理  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章 电动机设计  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 电动汽车用ERPMBDM设计要求  34-37
    3.2.1 额定功率的确定  34-35
    3.2.2 额定电压  35
    3.2.3 额定电流的确定  35-36
    3.2.4 额定转速的计算  36-37
    3.2.5 额定转矩  37
    3.2.6 轮毂尺寸确定  37
  3.3 电动机设计方法  37-38
    3.3.1 电动机几何相似定律  37-38
    3.3.2 相似电动机中的电枢电势以及计算功率的比例关系  38
  3.4 电动机放大  38-41
    3.4.1 小功率外转子永磁无刷直流电动机  38-40
    3.4.2 放大比例的确定  40-41
    3.4.3 放大计算  41
  3.5 商用软件ANSOFT简介  41-42
  3.6 ANSOFT仿真计算  42-45
  3.7 本章小结  45-46
第四章 方案优选与报表输出  46-57
  4.1 引言  46
  4.2 10KW、108V电动机的极数调整  46-47
  4.3 电动机方案优选  47-52
    4.3.1 优选计算简介  48
    4.3.2 增加变量  48-49
    4.3.3 建立参数优选SETUP  49-51
    4.3.4 优选计算  51-52
  4.4 报表输出  52-56
    4.4.1 ANSOFT英文报表输出  52-53
    4.4.2 EXCEL中文模板设计  53-54
    4.4.3 ANSOFT中文报表输出  54-55
    4.4.4 报表输出注意的几个问题  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章 仿真分析  57-74
  5.1 引言  57
  5.2 软件介绍  57
  5.3 静态电磁场数值计算的基本原理和方法  57-61
    5.3.1 电磁场的基本方程  57-59
    5.3.2 求解电磁场边值问题的有限元法  59-61
  5.4 二维静态磁场分析  61-65
    5.4.1 空载气隙磁密  61-63
    5.4.2 负载气隙磁密  63-64
    5.4.3 空负载气隙磁密对比  64-65
  5.5 瞬态"场-路"耦合计算  65-68
    5.5.1 "场-路"耦合法  65-67
    5.5.2 运动边界法  67-68
  5.6 电磁转矩计算  68-73
    5.6.1 永磁无刷直流电动机电磁转矩计算  68-70
    5.6.2 永磁同步电动机电磁转矩计算  70-72
    5.6.3 电磁转矩计算对比  72-73
  5.7 本章小节  73-74
总结与展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士期间发表的论文  79-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术 > 机器辅助设计（CAD）、辅助制图
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