基于Motor-CAD的电动汽车电机电磁热结构综合设计.pdf

上海联孚新能源科技集团有限公司 李孟德 2017.10 基于MotorMotor- -CADCAD的电动汽车电机 电磁热结构综合设计 2 October 27, 2017 目录 1 1 综合设计必要性 2 2 Motor-CAD的优势 3 3 Motor-CAD精度验证 4 4 设计应用案例 5 5 总结 3 October 27, 2017 综合设计必要性 高转矩密度 宽弱磁扩速 高功率密度 高效率 低齿槽转矩 转矩脉动 低振动噪音 合适的冲片 强度 抗退磁 连续运行稳 态温升 峰值转矩瞬 态温升 减重 低成本 控制器匹配、 保护 高效区域匹 配 创新绕组 创新冲片 电磁、结构、热缺一不可 4 October 27, 2017 综合设计必要性 设计时常需要多方面兼顾 例：丰田混合动力汽车电动机冲片改进 5 October 27, 2017 设计时甚至需要妥协 综合设计必要性 大型高速永磁电机 1800KW_1500rpm_6KV ： 综合结构分析，放弃使用 V型磁钢布置，设计凸弧 多桥磁钢布置形式 6 October 27, 2017 综合设计必要性 多物理场之间耦合进一步增加分析难度 电磁分析 离心力 重力 分布力密度 径向力 切向力 静力学分析 电 磁 与 结 构 的 单 向 耦 合 低速大扭矩电机冲片强度分析 转矩如何施加？ 7 October 27, 2017 综合设计必要性 多物理场之间耦合进一步增加分析难度 温升 电阻增大、 磁性衰减 反电势降 低 电流增大 损耗增加 电磁损耗 磁 、 热 双 向 耦 合 短路电 流减小 磁钢临界场强 大幅减小 退磁场强 减小 是 否 不 可 逆 退 磁 永磁电机稳态运行短路故障退磁分析 散热 平衡 稳态温升是关键 8 October 27, 2017 Motor-CAD的优势 快速、准确的热分析 稳态热路分析 稳态热场分析 瞬态热分析 热l包络分析 路况分析 9 October 27, 2017 Motor-CAD的优势 齐全的分析模块 Emag电磁模块 Therm热模块 Motor-Lab虚拟实验室 结构分析，期待中 10 October 27, 2017 Motor-CAD的优势 磁、热双向耦合分析 11 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 ToyotaPrius 2010 12 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 ToyotaPrius 2010 Emag模块：开路磁场计算与某常用电磁场分析软件对比，二者几乎完全一致 Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 13 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 ToyotaPrius 2010 Emag模块：相反电势计算分析值505.5V，测试值500.8V，误差0.94% 测试结果 Motor-CAD分析结果 14 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 ToyotaPrius 2010 Lab模块：效率map图与测试值基本吻合 T. A. Burress，S. L. Campbell，C. L. Coomer，C. W. Ayers，A. A. Wereszczak，J. P. Cunningham，L. D. Marlino，L. E. Seiber，H. T. Lin ，“EVALUATION OF THE 2010 TOYOTA PRIUS HYBRID SYNERGYDRIVE SYSTEM”，Oak Ridge National Laboratory, March 2011. 测试结果 Motor-CAD分析结果 15 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 Nissan Leaf 16 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 Nissan Leaf Emag模块：开路磁场计算与某常用电磁场分析软件对比，二者几乎完全一致 Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 17 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 Nissan Leaf Emag模块：反电势幅值计算值749V，某电磁软件计算值730.6V，相差2.5% Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 18 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 Nissan Leaf Lab模块：效率map图与测试值基本吻合 Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 19 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 BMW i3 20 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 BMW i3 Emag模块：开路磁场计算与某常用电磁场分析软件对比，二者几乎完全一致 Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 21 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 BMW i3 Emag模块：线反电势幅值计算值527.1V，某电磁软件计算值524.4V，相差0.5% Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 22 October 27, 2017 Motor-CAD精度验证 BMW i3 Lab模块：效率map图与测试值基本吻合 Motor-CAD分析结果 某软件分析结果 23 October 27, 2017 设计应用案例 3.5T纯电动物流车用驱动电机 500Nm-70kW-4500rpm 24 October 27, 2017 设计应用案例 3.5T纯电动物流车用驱动电机 500Nm-70kW-4500rpm Emag模块：线反电势幅值（1200rpm）计算值148.9V，实测值147V，相差1.3% 实测值分析结果 Motor-CAD分析结果 25 October 27, 2017 设计应用案例 3.5T纯电动物流车用驱动电机 500Nm-70kW-4500rpm Therm模块态温升：温升计算值40.7，实测温升值71-28=43，误差2.3 实测值分析结果 Motor-CAD分析结果 初始温度40 26 October 27, 2017 设计应用案例 3.5T纯电动物流车用驱动电机 500Nm-70kW-4500rpm Therm模块瞬态温升：计算值125.7，实测值125 53s，具有参考意义 实测值分析结果 Motor-CAD分析结果 绕组温度154，水温29 27 October 27, 2017 设计应用案例 3.5T纯电动物流车用驱动电机 500Nm-