新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制

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推荐序

序言

致谢

第1章新能源汽车的电动化技术1

1.1新能源汽车电动化及新型电机1

1.1.1新能源汽车电驱动系统1

1.1.2新能源汽车电驱动中的电机选择3

1.2新能源汽车电动化的关键技术7

1.2.1车用电机及系统的技术要求7

1.2.2车用电机的驱动特性及控制方法9

1.3内置式永磁同步电机的结构11

1.3.1表面式永磁电机转子结构11

1.3.2内置式永磁电机转子结构12

1.3.3多层内置式永磁转子及与凸极率的关系14

1.3.4内置式永磁电机的定子绕组拓扑结构15

1.4新能源汽车电控采用的弱磁控制技术16

1.4.1弱磁控制的电压、电流限制圆轨迹16

1.4.2弱磁运行的三个运行区20

1.5新能源汽车电动化的电机及控制器的挑战22

参考文献23

第2章内置式永磁同步电机的数学模型26

2.1内置式永磁同步电机线性模型26

2.1.1旋转坐标系下的永磁同步电机模型26

2.1.2旋转坐标系下的dq轴电感的计算30

2.1.3永磁体磁链的计算38

2.1.4损耗的计算40

2.1.5功率、转矩及效率的计算45

2.2考虑饱和的内置式永磁同步电机非线性模型46

参考文献51

第3章内置式永磁同步电机的有限元建模及参数模型53

3.1有限元法及有限元设计软件53

3.1.1有限元法简介53

3.1.2Ansoft Maxwell简介53

3.2内置式永磁同步电机的有限元建模54

3.3内置式永磁同步电机瞬态场有限元分析56

3.3.155kW内置式永磁同步电机的参数设计及建模56

3.3.2电流控制角、转矩、转速和功率特性分析56

3.3.3内置式永磁电机磁路饱和特性有限元分析58

3.4有限元计算电感参数模型61

3.4.1解耦的线性和非线性电感计算模型61

3.4.2考虑交叉耦合的电感计算模型63

3.4.3修正的考虑交叉耦合的电感计算模型66

3.5非线性电感模型对电机输出性能影响分析68

3.6四种电感参数模型对电机输出性能影响的比较分析72

参考文献74

第4章内置式永磁同步电机优化设计75

4.1新能源汽车车用电机的设计要求75

4.2电机定子几何尺寸和极对数确定78

4.3永磁体转子拓扑结构的优化79

4.3.1永磁体的设计79

4.3.2内置式永磁体分段结构设计81

4.3.3内置式永磁体V形与W形结构设计81

4.4定子绕组的优化83

4.4.1定子绕组的设计83

4.4.2适合的分数槽定子绕组84

4.5五种永磁体拓扑结构的电机性能比较88

4.5.1五种永磁转子结构电机的性能比较88

4.5.2五种永磁转子电机的退磁特性分析102

4.5.3V字形多层永磁体结构的优化设计104

4.6不同型号钕铁硼永磁体材料的优化设计109

4.6.1永磁体材料的选择109

4.6.2五种永磁材料在不同温度下转矩性能比较112

4.6.3电机损耗及效率比较117

4.7抑制齿槽转矩和纹波转矩的方法118

4.7.1齿槽转矩的抑制118

4.7.2优化永磁转子结构抑制纹波转矩124

4.8设计结果及分析128

4.8.1设计结果129

4.8.2性能分析130

4.9样机制作及测试139

参考文献144

第5章分数槽集中绕组内置式永磁电机147

5.1分数槽集中绕组表贴式永磁电机147

5.2分数槽绕组的特征与约束条件149

5.3槽极配合的优化153

5.4分数槽集中绕组对转矩脉动影响的研究155

参考文献160

第6章内置式永磁同步电机控制策略研究162

6.1弱磁控制的定子电流矢量轨迹图162

6.2电流控制策略163

6.2.1单位电流最大转矩控制（MTPA）方程163

6.2.2弱磁控制（FluxWeakening）方程164

6.3电机参数对控制性能影响分析165

6.3.1电感参数分析165

6.3.2参数变化对电机输出性能的影响167

6.4内置式永磁同步电机控制系统建模及控制算法168

6.4.1具有磁路饱和特性的内置式永磁同步电机建模168

6.4.2电压空间矢量PWM模型实现168

6.4.3基于SVPWM的永磁电机电流矢量控制算法170

6.4.4基于SVPWM的内置式永磁电机电流矢量控制仿真实现172

6.5提高内置式永磁电机驱动系统性能的控制方法——参数辨识方法177

6.5.1不考虑电机磁路饱和影响的控制仿真177

6.5.2非线性插值补偿磁路饱和影响的系统仿真180

6.5.3在线参数估计模型补偿磁路饱和影响的控制系统仿真182

6.6内置式永磁电机控制系统硬件设计186

6.6.1硬件系统设计186

6.6.2控制算法软件设计190

6.6.3系统调试及实验结果194

参考文献199

第7章永磁同步电机在新能源汽车中的应用及发展200

7.1永磁电机在新能源汽车中的应用实例200

7.2各种新型电机在新能源汽车中的应用205

7.3永磁材料及永磁同步电机的发展思考210

参考文献217

作者简介

本书主要针对当前新能源汽车电驱动系统中所采用的高性能电机及其驱动控制即内置式永磁电机及弱磁控制的关键技术进行了系统全面的论述，主要包括内置式永磁电机及弱磁控制的模型分析、参数计算、电机的优化设计，永磁电机的测试及弱磁控制策略等，最后还给出了内置式永磁电机在各种新能源车中的应用实例及发展趋势。

本书适合于电气工程领域内的工程技术人员和相关专业的大专院校教师、研究生阅读，特别是可作为从事新能源汽车的电动化技术的工程技术人员的参考书。

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