新能源汽车永磁电机的设计教学提纲

1、新能源汽车永磁电机的设计新能源汽车永磁电机的设计新能源汽车永磁电机设计上海大学黄苏融srliu；Hig(? shiiAdiLcn, 56335204. 13X17S9SI35现代新能源汽车永磁电机设计提出基于多领域分析.多层面 交叉掴合仿真的现代车用电机 系统设计理念及其实现方法电机结构、电磁学、力学、热学电机单元,电力电子单元.数字控制 单元及其控制靠略解决了车用电机极限设计的多领域扑 确分析以及拈合应用控制鬃略的交叉 幅合仿真的深层处按米难题.1 .电机的概念设计与结构仿真.概念设计是整个设计的核心与关键技术所在，结合结构仿真进行电机 的制造工艺等工程技术方案的论证工作.2 .电机多物理场

2、分析计算与设计方案认证.工作着眼于电机内部的磁场，应力场，温及物的精确分析计算.采用电机本体与驱动电路的福合仿真精确分析计算电机系统的电磁性 能；综合永磁电机转子的电磁应力、离心应力,然应力的性能分析，找 出转子结枸可靠性的薄弱环节，进行疲劳仿真与寿命估计.基于热网络与温度场就合模型，分析电机导热与冷却结构的性能， 在此基础上进行电机系统运行的热能管理仿算.3 .电机系统仿真与应用控制策略研究.ZL各类新能源汽车永磁电机的设计实例1. IPM永磁一磁阻同步电机盘式永磁同步电机-TORUS盘式永磁电机盘式永磁同步电机-KAMAN盘式永磁车轮电机、4.双馈电混合并联磁路无刷永磁电机、5,旁路式混合

3、励磁无刷永磁电机独立磁路混合励磁电机7 .双机械端口能量变换器8 .新型双转轴能量变换器一磁性齿轮4永磁同步电机9 .泥合励磁爪极电机L IPM永磁一磁阻同步电机& =4加缶/（金一。儿/3IPM转子的凸极率比较研究4WOM典型的IPM永磁一磁阻同步电机转子结构单层IPMM磁电机双层IPM永磁电机三层IPM永磁电机基于多领域的IPM永磁一磁阻同步电机设计实例车用电机设计与结构仿真HEVISGISG车用电机设计与结构仿真1SC电机内燃机一体化结构仿真电机本体与驱动电路耦合电磁仿真网格制分3X)9 1，,川 0r凡58 *Cbl,*F，r，31 1W e r e *1849一仪VAL y&

4、#187;eU* 皿,“3F，aF，iA7 jay y y e eteu ,一，Q-Zb«u wih« 、 ZU R 1 ! 13有限元分析模型Simplorer环境下电机本体与驱动电路箱合的电磁性能仿真Simplorer环境下电机本体与驱动电路耦合的电磁性能仿真6" ri-svMi-opi PHir ra 八7 ijin S-CMHMMf NlhtUlJI.HM 二“1小年22 X. VAL ntUz VAkbL ciEh *7>flb * >q VALL 9F T< 91WJ| ma g 0 w m。“3E、U护UMI”* ?aS¥

5、VRr< 0")fT，3-Upb 'w、 hLfLs* vitilivi1«9»klb«u wM、 ， 、* »hOi tAU P 1 f3Matlab/Simulink环境下系统最大运行能力仿真系统最大运行能力仿A程序最大能力仿真结杲与实脸对比考虑他用因素的最大能力仿4结果13Matlab/Simulink环境下系统性能仿真系统动态仿真程序定于电演堆制策略原理困15/i4i 存丽 W * 1*“ «A 4'、 性能仿真结果定于d,q轴电流仿真波形Orpii加速到7000rpm的性能仿真基于有限元法的永磁转子结构

6、应力,疲劳仿真及其可靠性、敏感性分析转子最大离心应力永磁转子应力分析转轴模态分析转子表面形变分布基于有限元法的振动模态、固有频率及其可靠性、敏感性分析基于热网络法的系统热能管理及热性能仿真19基于有限元法的温度分布与热量传递分布IPM电机持续运行的温度动态仿兵IPM电机持接运行的热量传递分布IPM电机磁密与帙耗分布基于虚拟实时仿真实验的电机系统快速研发平台落于多层面集成仿真技术的电机控制系统快速研发平台星于$IMPIORER的系统仿真平台DSP实验系统ftTMatlab/Siiaulink 的同蝶仿真平台电机系妩决速 研发平台基于dSAPCE的实时仿真平台FPGA虚拟实时仿真系统Simplor

7、er环境下电机本体与驱动电路柒合的电磁性能仿真皿MPDOQ *£。，5, r W叫9 W，'，vd 0 n 4 ，X“EitM LV”. eBm “ 0L l3”umwwcm，uW ：awxwMA > 2afVOb« f 3:-W-mshm，11 mw c、5/、 ttwo,。f，y，320Matlab/Simulink环境下的车用永磁电机系统伤真Simplorer环境下电机本体与驱动电路耦合的电磁性能仿真邑令百4=J"QJ piteou“g B-tf EiMfi，心r，6，U.re«M«eMVw1> <r2：9X&q

8、uot;L KgLT*vU mi” * yv > we»« “"Lso> gs<AKr“3Xy ”，W 5CWKJV US 7 r KM zf reeua 9<m»« ，$“»心' IM。，- a42322Simplorer环境下电机本体与驱动电路相合的电磁性能仿真尹e irr a fry e 今日 e伊 f& (rJ 4-GJ -3ms n”万 bctC“WE*"4 /*>一”,，HA-0.1E" BT5YM，HCM 2 ' 1liMte =中、3 j = M

9、Chcr-WBggdAL fiFMX VAL *vU «iMlhe vW.VAL erfbVAL L SOfUMMKW»mGU5M»“Hf-g，l”ii a « ?-，十!)/一)tfd «if «lpb v wMm* 4 * b»iu ' Mb w ，！NblJ ' 9(、 J” !(' >，!ttMU ir vVbau al f 3Matlab/Simulink环境下系统性能仿真系统动态仿真程序定于电河控制支略原理图性能仿真结果定于d, q轴电流仿真波册Orpm加速到7M0rpm的性能仿算基

10、于虚拟实时仿臭的电机控制系统实脸平台基于dSAPCE的车用永磁电机系统实时仿真平台存于dSPACE的单用永磁电机系统实时仿A平台示需用26基于dSAPCE的车用永磁电机系统实时仿真平台车用水融同步电机关量控制11略的实时仿真框用车用牵引电机系统控制K实时仿真相图配阴毋处缪?统实时dSPACB实时览技界面SL,155 丁DSP实验系统DSP开发平台基于CAN通信的系fit调试界面电机系统性能测试平台D3P2812控制板2.盘式永磁同步电机-TORUS盘式永超电机双转子内定子套式永磁电机不仅密度高、效率高;而且刚度强，以利 降低电机的振动与噪声.TORUS NS型结构TORUS盘式车轮电机应用31

11、30TORUS盘式轮毂电机应用3.盘式永磁同步电机-KAMAN盘式永磁车轮电机双定子内转于盘式电机转于重量最轻，外定于结构散热方便，可得到最大 的散热面积.334 .双馈电混合并联磁路无刷永彩电机一轴向磁场盘式结构电机永磁体磁路去整磁路助磁磁路344.双馈电混合并联磁路无刷永磁电机径向磁场结杓电机中国发明专利：双情电科合励磁轴向磁场永磁电机，授权日期：2008年4月23日 授权号：ZL 200510112091.9)ZL375 .旁路式混合励磁无刷永磁电机旁路式弱磁概念36旁路式混合励磁无刷永磁电机提出一种通过碣通旁路的方法调节气隙磁通的思想，既可改变感应电势 大小，又罪避免对磁钢去磁的危险.

12、立沈励用电流为助磁状告的电机崔珞分析£演厨磁电流为弱卑状息的电机由路分析旁路式混合励磁无刷永磁电机“由T埼结构 埼飨构39申国发明专利：才路式几合励网电机授权日明：2008年2月13日，授权号：ZL 200510112090.46 .独立磁路混合励磁电机提出一种掰势并联、耀构紧凑、磁场调节范围广的径向磁场总合励磁电机.励磁统纽的跳部安置在电枢统组我部的内侧，有效地利用电机的轴向空间，提高3 励磁电机的效率和转矩密度.采用交流励磁机供电，无需电刷，系统的可靠性高.中国发明专利申请：独立磁路混合励磁电机申请日期：2008年1月8日 申请号：No. 200810032392. 4Opera

13、tion mechanism of HEIMP machineweaKcniiiK electric excitationBack EMF and field adjustability匕 4 Yes WEU30。0 002F-filOALr F«0 Al 49 . .«W. 0 810 al，cao g门 540 nc o ro mo i刈 Mmf iATi4 2 o J 4 o oII司二 3SUOUKnde0,<rime Phase cm I vs cxciuition mmfAirgap flux density vs excitation mmf Mmf l

14、inearly enhances magnetization Two side adjustment of excitation (enhancing and weakening)Prototype design analysisSimulation on coupled magnetic flrld und dnlrit circuitStator ofHEIMPRotor ofHEIMPRotor ofAC ExciterStator ofAC ExciterFrame"i k" 物 R川52rJnVoltageDC-DC MAWHE Generator 吗为利.；St

15、ator !位: /D ： 片一弋;Kuumrirw*s HUMP iMchne AczfQ；Rotating armature exciter:1. brushless2. compact structure3. low excitation rating4. cost effective5. applicable to huge windpower generation W二！ 7mM0Ro(atir>g 010d. RectifierAC ExciterPatent，人I暮f as户18 fHWA-WOH 110tlyq w>xmioovw 1 x*xvBMW Bl * *

16、mm a”wMeoi. .，Ml <b<obb«9*., <ern _ * S»*ismBSW?* VW *1» ( * * .* H uanu el aL M iud-fMweMd generutii sytUtn with mulliple armature-winding hybrid-ercitationKenerulur (In ( hine%«K upplled for ChineseInuntkm PalE. No: 200Kim239Z444«SAKHa4Uia»IL*«fl iMMr MR

17、a IttlBBttrftTRBM 2 ”g亭 I« aat«M9es« 1 m «m«« *1* . W.MB* . « 1、«MTOTMU 4MB 1 一 1 A，UMBMBaarowflBwiYee ibma* .MSB9(1Mtsil兵. aaMBMteeo rxe9M «Meo» *> ：! MWMB wee J aoMM k 9 bbAM&b_ _玲.上” Xggg/ T > T X 2S. Huang et aL Cieomrui ulgnhlhm uf and

18、 DCRmq witage applied to hybrid-excitatidw WECS (In ChlneM-u upplled for CMnz Invrntion PutrnU No:20»XI02(Mk)(l4.4 45Prototype design and analysisV on Mkes atkalysis of rotorThcrnial umahM5OfSiniululion on coupled m昨nTic ririd and clrttrk circuit46FEA of von Mises of rotorDisplacement vs positi

19、onVon Mises vs isolating bridge size Optimization on trade between von Mises and inugneiic pertbmianceDisplacement at I364i/sVon修游下府产136 mAi50FEA of vibration modes of HEIMP machineMode IMode 2Mode 3Mode 4Mock 5Mode 6Stator, Winding & FrunieFEA of thermal flux and temperatureThcrmid flux in stat

20、orThermal flux in rotorThermal ilux in machineTemperature in stator Temperature in rulerTempeniture in machineSimulation on coupled magnetic field and electric circuitIC«dhng CwnrwlW、C EidtrrBark KMFkudtln* Curmilof AC E&dterof IIE1MPHack KMF of IIFIMPBack EMF of AC Exciter20店笨柳片?皿可ot AC Ex

21、citerI inc EMF of AC Exciter51Testing9204 at114Exc tina current (A)Line emf waveform at l(MM)r/minIjiw emf v% exciting current at I (MM) r/inin7 ,双机械端口能量变换器IET4QTEVTDMP】997年，能量变换器的概念被首次提出，这种能量更换器有两个转 于两套绕组，是双机械端口能量变换器的最初结构形式.IET结构概念图同年，T. Backstrom , C.Sad&rang&ni等人提出了复合能量变换器 (Integrated Ene

22、rgy Transducer )的概念，简称IET.53 =12002年，瑞典C. Sadarangani和Erik Nordlund% Sylvain Chatelet等人报 道研制出内外两个永磁电机结构的四象限变换装置(Four Quadrant Transmission 简称4QT)样机4QT样机4QT样机采用水冷定于机座冷却定于铁心及其绕组，强迫风冷结杓冷却外转 子铁心及其永磁磁钢、内电枢转于铁心及其绕组.2004年，荷兰学者Martin J. Hoeijmakers 和Jan A. Feir心ira等人 报道研制出内外两个鼠笼感应电机结构的能量变换装置(Electrical Vari

23、able Transmission,简称EVT )样机EVT内转子EVT样机试验平台2IW5年7月中国汽车技术研究中心.上海大学和上海安乃达驱动有限公司共同申请的专利“双转子混合动力复合永磁电机'专利(CN2005100I4393.2)提出，通过冷却液进入内转子铁心和榆入轴之间的冷却通道对内转子 铁心实施冷却，冷却效果好。2005年9月，美国俄亥俄州州立大学徐隆亚教授基于EVT的基本原理首先 提出了既机械端口电机(DuHMechanlcalPort motor简称DMP)的概DMP概念图DMP三维结构图提出；电机的机械院口和电气玳口 一样，也可以根据实际系统的运 行要求改变数量.这种设计理念为也机设计者提供了新的思路.年12月中国科学虎电工研究所温旭辉教授等人申请的“双机械端 口电机及其驱动控制系统',专利(CN200510130739J).提出双机械 端口电机及其几种拓扑结构，并且提出叹机械端口电机的转矩控制和 转短解耦控制方