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高速EV-IPMSM电机设计耦合机械应力

电机技术 | 发布时间:2018-08-31 | 人气: | #评论# | 本文关键字:电机,论文,高速EV-IPMSM电机设计,耦合机械应力
摘要:电动汽车电机的设计趋势是高速低转矩+减速箱,所以高速运行需要考虑到电机设计中来,需要同时保证电气性能和机械应力。 传统电机结构: 8极48槽,基速4000rpm,最高速度17000rpm,最大输出

电动汽车电机的设计趋势是高速低转矩+减速箱,所以高速运行需要考虑到电机设计中来,需要同时保证电气性能和机械应力。

传统电机结构:

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8极48槽,基速4000rpm,最高速度17000rpm,最大输出功率150kW,详细数据见表1:

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机械应力仿真边界条件:

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最大网格边长0.00015mm,转子铁芯材料见表2:

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并做如下假设:

  1. 固定速度

  2. 不考虑温度影响

  3. 使用Von-Mises应力控制方程

  4. 忽略电磁力影响

  5. 忽略振动影响和轴端力

转速和最大应力的关系:

转速和最大应力的关系

单层磁钢转子的受力分布

几种减小转子机械应力的方法:

  1. 减小最大旋转速度

  2. 减小转子直径

  3. 减小图4中的A区域

  4. 缩短磁桥

  5. 圆化磁桥

  6. 插入磁钢分块

改进电气性能的方法:

  1. 增加磁钢层数

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b. 尽量小的圆角半径和磁桥厚度

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试验设计:

采用部分因子设计法FFD(fractional factorial design),选择了6个变量,如图7所示:

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图8显示了3阶FFD结果,第一层增加,第二层增加和减小,第三层减小,有利于增加转矩和减小最大应力。

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再利用面响应法RSM(Response Surface Method )和中心组合设计CCD(central composite design )优化电机设计,图9和图10是最大转矩和最大应力的响应面等高线:

最大转矩和最大应力的响应面等高线.jpg

优化设计结果:

传统模型和优化模型:

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C型的磁极结构。

应力分析结果:

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20000rpm的最大应力448MPa,没有超过材料的屈服应力450MPa。

电气性能-效率map:

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三分之一的区域效率大于97%,大部分区域效率大于93%。

性能表:

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原文:Multipolar High-Speed IPMSM Design for EV Traction Considering Mechanical Stress 》——Kyong-Soo Cha, Dong-Min Kim etc.

责任编辑:高速EV-IPMSM电机设

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