增程式电动汽车用电机研制及环境温度对电机影响研究

作     者：薛勇 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔淑梅

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：增程式电动汽车 永磁同步电机 温度特性 高低温 

摘      要：增程式电动汽车作为向纯电动汽车过渡的中间车型，因具有续航里程高、环境污染小等优点受到新能源汽车领域的广泛关注。与此同时，在电动汽车的试验运行中，也遇到了一些客观存在的技术问题。其中，环境温度给电动车运行带来的影响不容忽视，尤其是高纬度寒冷地区的高温差工作环境给电动车运行带来的不利影响比较明显。电机作为其动力系统中的重要零部件，其工作性能受到周边温度的影响程度也是需要研究和解决的问题之一。此外，增程器作为增程式电动汽车的关键零部件，其内部集成的发电机能否在狭小的高温空间高效稳定的工作，将间接关系到电动汽车的动力特性。因此，研究环境温度对电动车用电机特性的影响具有一定的实际意义。 本文根据增程式电动汽车的结构特点，研究了增程式电动汽车用电机设计方法。根据增程器的高温空间环境特点及电机高效率高功率密度的要求，提出了开口分数槽集中绕组电机结构，并优化了发电机的电磁负荷积及长径比;通过研究环境温度对电机电磁参数的影响对驱动电机进行了优化设计。搭建了发电机测试平台，对电机进行一系列的性能测试。实验结果表明，设计的电机达到了设计预期指标要求。 为了更好的设计电动机，本文从影响电机电磁性能的材料角度出发，研究了永磁体及铜绕组的温度特性，并得到了不同环境温度下电机的气隙磁密、反电势、铜耗铁耗、电枢电阻等的温度变化规律。同时，本文对电机进行了电磁功率的温度敏感性分析，得到了永磁电机电磁功率的温度特性是由反电势温度特性及电枢电阻温度特性的所占比例共同决定的结论。其次，为了确定发电机及电动机在高温环境下绝缘及永磁体耐热的安全性，对电机进行了温度场仿真，并进行了电动机温升测试实验。温升实验表明，电机的温度场仿真结果可以正确反映电机的实际温升状态，电机的最高温度均在材料温度限制值以下。 为了得到电动汽车电机在高低环境温度下的实际特性，本文搭建了高低温试验平台。为了避免电机温升对结果造成干扰，所有实验数据均是控制电机内部温差变化不超过1K时得到的。试验研究了电机在不同温度下的起动性能、运行效率及带载能力等变化规律。研究表明电机在低温时的起动阻力矩、起动电压及起动电流会明显增大，且随着冷冻时间的延长，阻力矩的增大更加明显。此外，本文分析了电机在低速（1000rpm以内）时的低温效率较低的原因，指出造成这一现象的原因是由于电机机械摩擦阻力增大而引起的电枢电流增大引起的。在不考虑电机温升的情况下，环境高温对电机的影响可以忽略。最后，本文基于高低温试验提出了几种电机在低温环境下的补偿策略，并给出了一种基于汽车预热系统的电机预热方法。