电动汽车用高性能IPM电机选型分析与优化设计文献综述

 2023-08-10 15:59:42

文献综述(或调研报告):

Yinye Yang等人通过三种汽车品牌的IPM转子设计配置进行了比较研究并且加以改进,然后对设计的电机进行比较,对电机性能,扭矩分离,去磁,机械应力和径向力进行了详细的比较,最终结论认为单个 V 形磁体配置具有良好的转矩-速度性能,最佳的退磁性能,最小的机械应力和可承受的径向力含量。单个V形磁铁机可以在很宽的速度范围内产生高扭矩输出因此,建议将其作为最终设计候选[1]

三种设计拓扑的转矩-速度特性

Gurakuq Dajaku等人研究了两种不同的集中齿形绕组拓扑在牵引电机应用中的能力和性能。研究了常见的常规12齿/10极绕组以及具有低磁通势(MMF)谐波含量的新型18 齿/ 10极绕组。在相同的几何,电气和热约束条件下设计和分析了两台永磁电机,它们的主要性能如电磁转矩,电机损耗,弱磁能力,热性能以及噪声和振动在相同负载条件下比较,后者要比前者具有明显优势,尤其是在转矩密度和效率上[2]

两种电机效率和转子转速关系对比

Khwaja M. Rahman等人针对雪佛兰Volt电动推进系统的设计和性能细节进行了研究,绕线结构采用了棒绕结构的电动机具有出色的热性能同时改善了槽填充,缩短了端匝长度,与等效(在转矩和功率性能方面)绞合设计相比,这些措施可将直流电阻降低40%以上。 仿真结果表明,直到8000 r / min为止,由于棒绕结构的集肤和邻近效应不会影响性能,其中棒绕电阻超过了绞合设计电阻电机具有出色的效率以及异常平稳和安静的运行状态 [3]

Faizul Momen等人结合了永磁同步电动机对通用汽车的雪佛兰BEV的推进系统设计进行了研究,介绍了雪佛兰Bolt BEV电动推进电动机的设计细节和性能数据。 与雪佛兰Spark电动机相比,雪佛兰Bolt BEV电动机取得了一些重大改进,并取得了成功。新的电机设计借助多个转子和定子设计功能消除了转子偏斜,同时满足了可接受的噪声要求。磁体尺寸和位置优化在最大程度地减小转矩波动和径向力的同时,还确保了性能的提高。每个插槽中的导体数量已从之前的四个设计增加到了六个,从而提高了电机高速运行时的焦耳损耗性能。在保持控制稳定性的前提下,通过充分利用电压,可以实现从过调制到全六步调制的连续换向控制。总体而言,新设计通过低成本电机满足了性能和效率要求,电机更易于制造,并且为雪佛兰Bolt汽车的出色性能做出了巨大贡献[4]

优化后转子的转子叠片几何形状

P. Ramesh提出了用于减少内部永磁体(IPM)同步电机转矩脉动的分析原理。强调了槽谐波的重要性以及每个极对中槽数为奇数的定子的好处。协调选择每极对具有奇数个槽的定子和具有多层磁通屏障的IPM转子,以减少转矩波动。通过将基于有限元的蒙特卡洛优化方法应用于四种IPM机器拓扑(这是两种定子拓扑的组合(偶数或奇数个)的组合),可以验证使用每极对具有奇数个槽缝的定子降低转矩纹波的有效性。每个磁极对有一个插槽)和两个IPM转子拓扑(一层或两层)[5]

Berker Bilgin等人研究了对电动汽车的多学科设计的建模和分析方法的最新技术综述,该方法适用于各种应用,包括车辆动力和推进系统以及电动动力总成。涵盖了不同工程领域的重要方面,例如动态建模,损耗计算,退磁分析,热建模,声噪声和振动分析以及机械应力建模。旨在通过示例和结果指导电动机设计人员,说明如何在电动机上应用不同的分析技术[6]。并提出了一种可以减少与使用计算密集型有限元方法建模的永磁电动机有关的约束单目标优化问题中的计算时间的方法。该方法基于差分进化算法。主要方法是在遇到违反约束后中断对不平等约束的评估,并且只有在与前代候选向量相比在不平等约束和成本函数方面获得更好的解决方案的情况下,才继续进行不平等约束的评估。这种方法避免了解决不等式约束所需的不必要的费时的有限元计算,并节省了总体优化时间,而不会影响收敛速度[7]

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