【摘 要】
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在现今汽车领域,燃油汽车尾气造成了环境污染、自然资源的消耗,寻找清洁能源是其发展的首要问题。因此,很多国家都开始对纯电动汽车开展了研发工作。纯电动汽车是由可充电蓄电池提供动力源的汽车,具有低噪音、能源效率高、绿色环保等特点,前景被普遍看好。纯电动汽车用永磁同步电机具有体积小、效率高、电机转矩脉动小、转动惯量高等优点,在纯电动汽车领域中应用较为广泛。本文针对纯电动汽车用最高转速达15 000 r/m
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在现今汽车领域,燃油汽车尾气造成了环境污染、自然资源的消耗,寻找清洁能源是其发展的首要问题。因此,很多国家都开始对纯电动汽车开展了研发工作。纯电动汽车是由可充电蓄电池提供动力源的汽车,具有低噪音、能源效率高、绿色环保等特点,前景被普遍看好。纯电动汽车用永磁同步电机具有体积小、效率高、电机转矩脉动小、转动惯量高等优点,在纯电动汽车领域中应用较为广泛。本文针对纯电动汽车用最高转速达15 000 r/min永磁同步电机（PMSM）进行设计和优化。根据纯电动汽车整车动力性能参数要求,确定整车的基本参数,并对电机的尺寸和结构进行了匹配计算;采用Ansoft-Maxwell软件建立永磁同步电机模型,进行了电磁性能分析和转子结构优化;计算了永磁同步电机的各类损耗,并通过试验验证电机损耗计算结果;建立了考虑电机冷却的温度场模型,分析了电机的稳态和瞬态温升。具体完成了以下工作:首先,根据纯电动汽车给定的整车参数,对整车动力系统（包括功率、传动比、变速比等）进行匹配;同时,结合实际运行工况,匹配驱动电机参数,完成电机的总体设计。借助Ansoft-Maxwell软件对永磁同步电机电磁性能进行了分析,并以电机平均铁损最小、平均转矩最大、转矩脉动最小、永磁体用量最少作为优化目标,利用田口法对电机转子结构相关参数进行了优化;其次,建立定子铁损模型,将电机定子齿部、轭部进行细分,采用正弦激励并考虑谐波和旋转磁场的方法对各个区域中典型位置的磁密、径向磁密、切向磁密变化规律进行了研究,并对谐波进行了分析,分别在电机低速（3 000 r/min）、中速（5 000 r/min、9 000 r/min）、高速（12 000 r/min、15 000 r/min）情况下计算定子各个区域的铁损;对电机铜损、机械损耗等进行了计算;对样机开展试验,并对正弦法、谐波分析法和有限元法计算出的定子铁损结果及效率进行了验证。最后,利用Motor-CAD软件建立了永磁同步电机温度场模型,基于内热交换理论建立电机的热路图,提出机壳水冷和喷淋冷却相结合的冷却方式,其中机壳选用螺旋结构的冷却水道;对永磁同步电机进行了稳态温升仿真计算,并在纯电动汽车匀速、加速、爬坡行驶、起步加速等工况下,计算了电机瞬态温升。通过计算结果分析了电机温升的规律,验证了所设计纯电动汽车用高速永磁同步电机温升的合理性。
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