電動汽車用大功率無刷直流電機設計開題報告

課題國內外研究現狀

無刷直流電機啓動轉矩大、調速性能好、效率高、能量密度大、過載能力強、性能穩定、安全可靠，是電動汽車的理想驅動電機。目前，許多國外汽車廠商生產的電動汽車已採用無刷直流電機作爲驅動系統，如：日本豐田公司的CUV-4、EV-PIus電動轎車，日產公司的Prairie JOY廂式電動車，中部電力公司得Dream Mini電動轎車，東京電機大學的2座電動轎車等。國家“863”計劃將永磁高速無刷直流電動機列爲電動汽車驅動電機之一，已吸引了大批的科研院所及企業對其投入研究。但是，我國在大功率永磁無刷直流電動機的研究方面仍處於起步階段。永磁無刷直流電動機在電動汽車領域的應用，還有待其在本體設計和控制策略方面技術的成熟。

國內外研究動態及存在問題

目前，無刷直流電機在電動汽車中的應用主要存在低速轉矩脈動和退磁問題。嚴重影響整車性能。對於轉矩脈動，當前主要從電機本體設計和控制策略兩方面入手對其進行抑制；對於退磁問題，在電機設計方面要考慮工作溫度點、鐵磁材料結構和表面處理等問題，在控制方面要採取措施，避免疲勞退磁和突然失磁。

研究內容

本論文擬設計一臺滿足電動汽車性能要求的30kW無刷直流電機。主要研究內容如下：

（1）合理設計電機槽開口寬度、合理配置電機的極槽組合、合理調整磁路系統的'尺寸，從而提高BLDC的功率密度，滿足電動汽車對電機質量小、功率密度高的要求。

（2）通過合理的極槽組合，合理設計槽開口寬度抑制轉矩脈動，從而改善電動汽車低速運行時的振動和噪聲問題。

（3）對設計的樣機進行實驗仿真。

研究意義

無刷直流電機是應用於電動汽車驅動系統的最有前途的電機之一。本論文致力於對電動汽車用BLDC存在的低速轉矩脈動進行研究，並通過合理設計進一步提高電機的功率密度。通過實驗仿真驗證所提出方法的有效性，從而促進BLDC在電動汽車驅動系統上的應用。

可行性分析

BLDC轉矩脈動的抑制是當前研究的熱點，通過閱讀相關專業書籍和文獻，結合電動汽車的性能要求，利用實驗室良好的實驗條件，完全可以設計出有效抑制低速轉矩脈動的電動汽車用大功率BLDC.

研究方法與步驟

1. 閱讀相關專業書籍和文獻，全面掌握BLDC的原理和設計方法，深入瞭解課題當前的研究動態和方法。

2. 學習電機設計和仿真軟件。

3. 結合電動汽車性能要求，以減小轉矩脈動，提高功率密度爲主要目標，設計電機。

4. 對設計的樣機進行實驗仿真，驗證其性能。

擬採用的技術措施

1. 根據電動汽車的性能要求和電機的功率等級確定電機定轉子的參數和主要尺寸。

2. 使用Ansoft軟件爲BLDC建模。

3. 利用有限元法驗證所設計的磁路系統結構和尺寸，槽開口寬度等參數是否滿足設計目標。

課題進展計劃

20XX.X-20XX.X 閱讀專業書籍和文獻，掌握BLDC基礎知識，瞭解課題當前研究動態；

20XX.X-20XX.X 學習Ansoft軟件，對BLDC進行建模。

20XX.X-20XX.X 在已有理論基礎上，對BLDC的磁路結構和尺寸、槽開口寬度和極槽組合進行合理設計，並進行有限元分析，驗證其性能。

20XX.X-20XX.X 進一步優化設計的樣機，以滿足電動汽車的性能要求。

20XX.X-20XX.X 完成論文，畢業答辯。

主要參考文獻

1.張存山，範瑜。永磁無刷電機的電磁設計參數研究。北京交通大學學報，2004,28（5）：99~102.

2. 張偉雄，鄭嬋君，張敬華。基於磁網絡模型方波永磁電機氣隙磁場的研究。微特電機，1999,（6）：2~7.

3. Xie W,Hao Y,Zhang X,Wei ormance Analysis of Brushless DC Motor Based on Equivalent Magnetic Network Model in Propulsion eeding of Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems,2005,V01.1:397~400.

4. 葉金虎。現代無刷直流永磁電動機的原理和設計。北京：科學出版社，2007.

5. 譚建成。永磁無刷直流電機技術。北京：機械工業出版社，2011.

6. C.C. Chan, K.T. Chau, J.Z. Jiang, W. Xia, and R. Zhang, “Novel Permanent Magnet Motor Drives for Electric Vehicles”, International Transactions on Industrial Electronics, Vol. 43, No. 2, pp.331-338, 1996.