弱混合动力汽车新型混合励磁BSG电机研究

【摘要】：国内外汽车厂商普遍采用爪极电机作为BSG系统中的电机，爪极电机具有良好的气隙磁场调节能力、低成本等优点，同时也存在一些问题，如功率密度低，输出效率低等。为了提高传统爪极电机的效率，本文提出了一种新型混合励磁BSG电机，这款BSG电机不仅具有较高的功率密度和效率，而且能够很好地解决BSG电机高速发电时的过压安全问题，是BSG电机的一个重要发展方向。本文的新型混合励磁BSG电机拓扑结构是由法国格勒诺布尔电力电气实验室的学者提出，这种电机的气隙磁场由切向充磁的永磁体和转子上的直流励磁绕组共同产生。安装了电刷和滑环为励磁绕组供电，通过调节励磁电流的大小可以方便地调节电机的气隙磁场，不存在高速时电机失控后反电势超过安全电压和永磁体发生不可逆退磁的问题，具有弱磁能力强、弱磁控制容易实现、铁耗小等特点。它继承了电励磁同步电机优点的同时，克服了它们的缺点。 本文首先介绍了新型混合励磁BSG同步电机的基本结构，重点分析了电机的调磁原理和调磁特性，利用Maxwell2D软件对三种不同极/槽配合的BSG电机进行了优化设计与比较分析。通过比较其气密磁场波形，发电性能和转矩特性，最终选择12极36槽作为所需的极槽配合。通过仿真比较，得到12极36槽比较合理的永磁和电励磁组合比例。通过在转子上添加补偿磁块，使BSG电机的电压输出能力和转矩输出能力得到提升。通过解析法和有限元法对BSG电机的参数进行了分析，得出d轴和q轴同步电感随电枢电流变化的规律。利用Ansys对BSG电机的温度场和应力场进行三维有限元仿真分析。试制了一台1.8kW新型混合励磁BSG同步电机样机。介绍了样机的制作过程，并对样机分别进行了空载发电，负载发电和负载电动实验，验证了其发电时的宽范围调磁能力和启动时良好的转矩能力。 【关键词】：混合励磁BSG电机 电磁优化设计 多领域仿真 现场试验
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7;TM359.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 微混合动力汽车 BSG 系统的发展现状8-13
• 1.1.1 车用 BSG 系统的特点8-10
• 1.1.2 BSG 系统在国外的应用10-11
• 1.1.3 BSG 系统在国内的应用11-13
• 1.2 BSG 电机选型及同步电机的控制策略13-15
• 1.2.1 BSG 电机选型13-14
• 1.2.2 BSG 电机的控制策略14-15
• 1.3 电机多领域联合仿真技术的发展15-16
• 1.4 本文研究对象和研究内容16-18
• 第2章 新型混合励磁 BSG 电机的优化设计18-47
• 2.1 新型混合励磁 BSG 电机概述18-24
• 2.1.1 永磁同步电机的典型结构18-19
• 2.1.2 转子磁分路径向磁钢与切向磁钢 HESM 的提出19
• 2.1.3 新型混合励磁 BSG 电机的基本结构与运行原理19-21
• 2.1.4 新型混合励磁 BSG 电机调磁特性分析21-22
• 2.1.5 新型混合励磁 BSG 电机的基本关系和向量图22-24
• 2.2 新型混合励磁 BSG 电机极/槽方案的选择24-30
• 2.2.1 极槽配合的选择24-25
• 2.2.2 极槽配合为 8/2425-26
• 2.2.3 极槽配合为 10/3026-27
• 2.2.4 极槽配合为 12/3627-30
• 2.3 永磁材料及磁钢组合方案的选择30-34
• 2.3.1 不同永磁材料的选择30-32
• 2.3.2 永磁与电励磁的组合选择32-34
• 2.4 混合励磁 BSG 电机转子表面优化34-37
• 2.4.1 添加补偿永磁体34-37
• 2.5 新型混合励磁 BSG 电机的参数计算37-45
• 2.5.1 解析法38-39
• 2.5.2 有限元法39-45
• 2.6 本章小结45-47
• 第3章 新型混合励磁 BSG 电机多领域仿真分析47-58
• 3.1 多领域仿真软件47-48
• 3.2 新型混合励磁 BSG 电机的温度场仿真48-52
• 3.3 新型混合励磁 BSG 电机的应力场仿真52-55
• 3.3.1 应力解析计算52-53
• 3.3.2 应力仿真计算53-55
• 3.4 新型混合励磁 BSG 电机的场路联合仿真55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 新型混合励磁 BSG 样机的实验研究58-74
• 4.1 新型混合励磁 BSG 样机的试制58-70
• 4.1.1 小样机的电磁设计58-61
• 4.1.2 小样机的机械应力仿真设计61-62
• 4.1.3 小样机的绘制及制作过程62-70
• 4.2 小样机的空载发电实验70-72
• 4.3 小样机负载发电实验72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 全文总结74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录80

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