42发展新型电机磁齿轮永磁电机.PPT

2010-4-2 2010-4-8 2010-4-8 电动汽车用永磁电机的前沿技术探讨 唐 任 远 1.1 电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求 1）高功率密度和高转矩密度 1.1 电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求 1831年世界上第一台电机（永磁直流电机） 1.5匹马力重4吨，0.0003kW/kg 1879年世界上第一台电动车用电机（电励磁直流电机） 2.2kW重2吨，0.0011kw/kg 1889年三相感应电动机 3.7kW、1500r/min，重155kg，0.024kW/kg, Y系列三相感应电动机（IP44） 4.0kW 4极 重45kg 0.089kW/kg 45kW 2极 重322kg 0.14kW/kg 按峰值功率加倍计 0.28kW/kg 电动汽车“十一五”要求： ≥1.2kW/kg “十二五“要求： ≥2.7kW/kg 1.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求 2）高效 最高＞94% 高效区宽，特别是在低转矩运行时（轻载） （η ＞ 80%）＞75% 1.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求 3）低成本 乘用车≤200元/kW 商用车≤300元/kW 其它要求： 高可靠性、宽调速范围、 低振动噪声……等。 1.2 永磁电机的优缺点 1.2 永磁电机的优缺点 2.1 采用分数槽集中绕组 2.1 采用分数槽集中绕组 优点：1）绕组端部短 铜耗小、效率高； 2）自感大，特别是隔齿绕电机 弱磁性能好，短路电流小； 3）齿槽转矩小，不需要斜槽； 4）每相绕组在电磁、热、机械上隔离； 相间互感小，容错能力强。 缺点：1）转子涡流损耗大，温升高。永磁体需要分段 2）噪声和振动相对比较大 2.2 采用非晶合金替代硅钢片 片厚0.025mm 基本铁耗是硅钢片的1/3~1/5 但加工困难，价格较贵，饱和磁密低。 2.3 通过IGBT开关切换电动机线圈 一套绕组很难同时满足低速和高速运行时高性能的要求 根据电动机的转速来切换电动机流经电流的线圈，使电动机一直保持 90%以上的效率 低速时使用整个线圈，高速时使用半个线圈并联，使高速时无需弱磁。 高功率密度意味着单位体积的发热量大，温升高。 因此： 1）提高效率，减少发热量。 2）合理设计冷却系统，提高散热能力。 分数槽集中绕组用得少的原因之一就是温升高。 3.1 冷却系统的合理设计 3.1 冷却系统的合理设计 3.3 新型结构、设计优化和先进工艺 4.1 利用磁阻转矩 4.1 利用磁阻转矩 5.1多物理场耦合的精确仿真分析 5.1多物理场耦合的精确仿真分析 以上内容正在探讨中，等待大家自主创新。 谢谢！ 4.2 发展新型电机 优点：少用永磁材料、 降低成本 弱磁性能好 缺点：需要直流电流， 降低功率密度 增加铜耗，降低效率 混合励磁电机 轴 电枢绕组 叠片铁心 SMC铁心 励磁绕组 4.2 发展新型电机 磁齿轮永磁电机 零磨损并且不需要润滑 固有过载保护能力、无堵转 结合永磁齿轮与永磁电机 与电机有相同的安装尺寸 1 引言 3 提高功率密度的前沿技术探讨 4 降低成本的前沿技术探讨 2 提高效率的前沿技术探讨 5 多物理耦合的精确仿真与集成优化设计 车用永磁电机追求高功率密度、高效率、高可靠性、高动态响应和低速平稳性、低振动噪声、低成本，需求苛刻又相互制约； 电机的电磁负荷高，结构新颖而又多样，增加了设计分析、仿真计算和研究开发的复杂性。 5 多物理耦合的精确仿真与集成优化设计 电机内存在着多种不同类型的多场耦合系统 涉及到电磁、机械、电子、流体、热学等多个学科 相互影响 运用和发展多场耦合系统，进行精确仿真。弄清各种场的分布规律及其控制技术。在此基础上对各种参数进行综合分析比较和优化。 5 多物理耦合的精确仿真与集成优化设计 5 多物理耦合的精确仿真与集成优化设计 5.2 系统集成、优化设计 电动汽车永磁电机驱动系统是一个复杂系统，既要将电机与变频器进行系统集成设计，完善电流波形，扩展弱磁扩速比；又要将