永磁同步电机设计与优化_开题报告

A. 文献综述

电机驱动系统是电动汽车的核心组成部分之一，优良的电机性能与高性能的电机驱动技术可以最大限度地展现电动汽车的节能优势。高效的电动机与先进的电机驱动技术是电动汽车发展的极为重要的方向。永磁同步电动机具有更高的效率，更高的功率密度和更高的控制精度，在最新的电动汽车中有着极为广泛的应用，是目前世界各国电动汽车驱动电机研究的热点。我国稀土资源储备丰富，总储量是世界其他国家储量总和的四倍，这使得我国使用稀土永磁同步电机具备了一个天然优势，同时永磁同步电机研究与在电动车上的广泛应用也将极大地提高我国稀土出口的附加值。永磁同步电机的设计必须满足电动汽车实际运行工况的要求，根据整车的要求设定电机的性能参数，进行电机电磁设计、定子、转子、结构、冷却方式等总体设计，采用场路结合的方法，借助有限元分析等方法仿真优化、反复校核，尽量扩大电机实际运行的高效区，使得电机设计更为快速准确的满足整车目标要求，最终的电机性能验证中验证产品的设计指标。

一、国内研究现状

二十一世纪以来，随着全球经济迅速的发展，石油、煤等非可再生资源的日益枯竭，能源紧张成为全球共同关心的话题，目前我国每年进口石油总量超过60%，这其中超过60%的石油是通过海运的方式来到我们国家，建设资源节约型，环境美好型社会成为迫切要实现的目标。燃油车的发展不仅加急了环境的污染还使用大量的石油，一般工业化城市中空气的污染40%以上是燃油车排放的尾气所致，解决这一问题就是开发新能源。二环境污染在这种大背景下高性能电机及其驱动技术日益蓬勃发展，是国家的重点关注对象，推广高效节能电机，稀土永磁电机，同时推广变频调速永磁电机等先进电机调速技术的要求，并且随着该电机技术的日益成熟，已经渗透到了国防、工、农业生产中，影响着我们的日常生活。依赖于技术的进步电动汽车在提供高动力性能、降低成本方面取得了良好的发展，而当前制约电动汽车的关键问题还是电池和电动机。

永磁同步电机已经在电机领域中占重要的地位，合理的选择永磁材料设计最适合的永磁磁场是永磁电机的关键。永磁电机与电子技术、数字技术及自动化控制技术机密结合起来，数字控制系统满足永磁同步电机矢量变换控制算法的大运算量和快速性的要求。国内汽车向BYD 早期F3DM、M6、K9,目前唐、元、汉等；荣威Ei5、Ei6PLUS、E950；众泰的E200；奇瑞的小蚂蚁；长城的欧拉；北汽的EQ系列，及现状的新造成势力蔚来、小鹏、威马等推出车型；以及2020年要爆发的A0级SUV、经济型轿车采用的都是永磁同步电机。

二、国外研究现状

自上世纪八十年代以来，德国等西方发达资本主义国家就开始了新能源汽车的研制，1996年日本已经开始向日本用户推销商品车，1997年美国在国内推销商品车，欧洲雪铁龙生产的SAXO1996年面向个人，集体和行政单位进行推销；中国的电动汽车向BYD、万向、众泰从1999年开始进入研制阶段。

电动汽车的发展初期，多采用直流电动机，效率低、体积大、重、价格贵，随着电力电子技术的发展交流电动机逐渐成熟代替直流电机。异步电动机机构简单、制造容易、成本低、可靠性高、控制技术成熟，成为电动汽车的首选电机。异步电机因存在相对较大铜损，在起步和低速时效率非常低，世界各国进行了新技术的研究，目前新能源电动汽车上主要采用永磁同步电机。

永磁同步电机，结合直流无刷电动和永磁同步电动机的优点，具备体积小、重量轻、效率高、能量密度高、控制灵活响应快更适用于电动汽车驱动系统，永磁同步电机也有弱点，绕组匝数超过一定的数值，因受功率电源电压的限制，在需要增大电流保证输出足够的输出功率，效率将降低、消耗大量的电能。基于此采用很多优化方案，磁钢嵌入转子、V型、双V型结构，定子部分采用圆铜线、扁铜线，软件采用SVPWM控制算法等

B. ^范文提纲

一 、绪论

(一)  课题背景及研究的目的和意义

(二) 国内外研究现状

1  国内外电动汽车电机研究现状

2  国内电动汽车用驱动电机研究现状

3  电动汽车用永磁同步电机的研究现状与热点

(三)  本文的主要研究内容

二 、电动汽车用永磁同步电机原理与建模

（一）  电机机的结构与运行原理

1  电机分析与结构

2  电机的运行原理

3  电机的设计方法

4  磁路和磁场的设计

5  永磁同步电动机的功角特性

5  绝缘设计

6  散热设计

7  齿槽转矩、转矩脉动与起步抖动问题分析

（二）  永磁同步电动机的数学模型与矢量控制原理

1  坐标变换

2  永磁同步电动机的 d-q 轴数学模型

（三）  永磁同步电动机控制策略及仿真模型的建立

1  电动汽车永磁同步电机的控制策略制定

2  电压空间矢量脉宽调制的基本原理

3  SVPWM 控制及PWM输出波形

4  不同控制策略仿真模型的建立

5  电机驱动系统拓扑结构与软件架构

三、 电动汽车用永磁同步电机的设计

（一）  电动汽车运行工况对电机性能要求

（二）  驱动电机性能参数初步选取

1  电机最大功率确定

2  电机转速的确定

3  电机峰值转矩的确定

4  电机基本性能参数的选取

四、 电动汽车用永磁同步电机的仿真分析

（一）  电磁场有限元分析的基本理论

（二）  永磁同步电机静态场分析

（三）  永磁同步电机瞬态场分析

1  电机额定工况下的仿真分析

2  汽车爬坡时驱动电机的仿真分析

3  汽车高速行驶时驱动电机的仿真分析

4  永磁同步电机的区域性能分析

（四）  整车仿真模型与运行状态分析

1  电动汽车整车仿真模型

2  驱动电机及控制器模型

3  整车运行状况的分析

4  电动汽车续驶里程的估算

五 结论

C. 参考文献

著作：

黄俊，王兆安 电力电子变流技术（第3版）机械工业出版社，1994

张晓江 顾绳谷 电机及拖动基础 第5版 机械工业出版社

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 侯利民，张化光，刘秀翀等. 自适应模糊滑模软切换的PMSM 无速度传感器

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期刊：

[1] 工程学报

电子文献：

[1] 中国知网

[2] 维库