电动汽车用内置式永磁同步电动机的设计与控制

作     者：史诺 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵南南

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：内置式永磁同步电动机 优化 有限元 遗传算法 矢量控制 模糊PID 

摘      要：随着世界各国汽车购买量的直线增长,汽车内燃机废弃物的超标排放已经造成了不可逆的空气污染;与此同时,石油作为汽车动力系统的主要资源,正面临着日渐枯竭的现状。依靠清洁能源进行驱动的电动汽车一经问世,便吸引了全球各国的瞩目。接踵而至的是对其驱动电机的深入研究,诸如异步电机等各种电机都在这场变革中得到了空前的发展,而内置式永磁同步电机因其优良特性在电动汽车领域的应用中脱颖而出,受到了各个国家和汽车制造厂商的广泛关注。结合电动汽车永磁电机的发展可以看出,对电机转子磁路结构的优化可以大幅提升电机性能。较单层永磁体结构而言,双层永磁体结构的内置式永磁同步电机可以有效改善气隙磁场的分布,从而获得更大的峰值转矩、更高的电机效率以及更高的电机过载能力。本文针对混合动力电动汽车驱动系统设计了一台“U一型双层内置式永磁同步电动机,通过电动汽车的各种工况确定了电机的性能指标,并利用磁路法确定了电机的主要参数和拓扑结构。采用有限元法分析了电动汽车用内置式永磁同步电机的气隙磁密分布波形,优化了转子中的隔磁槽拓扑结构,改善了漏磁现象,提高了气隙磁密幅值;通过转子斜极、齿冠修型等方法减小了电机空载反电势的谐波含量,从而修正了气隙磁场的正弦度。在此基础上基于遗传算法,分别以永磁体体积最小和电机转矩最大为目标进行全局优化,提高了电机的气隙磁密幅值和转矩,节约了永磁体的用量,降低了电机的制造成本。最后在对永磁同步电机结构优化设计的基础上,建立电机的数学模型,基于矢量控制策略,搭建了转速和电流双闭环矢量控制模型;并针对电动汽车复杂的运行情况,在转速环中加入模糊PID控制,实现了电动汽车在不同工况切换时对驱动电机的有效控制。