1.永磁同步电机设计课题背景及研究的目的和意义

课题背景及研究的目的和意义（环境问题—国家政府支持---课题的可实现必要性）伴随着汽车工业的迅猛发展，根据中国有关部门的统计数据，截至2012年6月底，全国机动车总保有量达2.33亿辆，仅次于美国位居世界第二，在未来的10年时间里，我国将成为世界上最大的汽车消费国。巨大的汽车保有量使我国无法依赖任何一种单一的能源，然而，汽车尾气的排放对环境造成的极大危害将极大地制约我国经济健康发展；在这种背景下，大力发展新能源汽车，使用电能代石油，是解决我国环境问题的必然要求，也是保证国家能源安全的重要战略措施。电动汽车是新能源汽车中的主力军，发展电动汽车是解决能源问题以及环境问题的必然要求，也是当下世界各国大力扶持的重点。挪威电动车市场发端于2010年，走在奥斯陆的街头随处可见的电动车，他们都已经是寻常的代步工具。在挪威购买电动车免征登记税和增值税，也不征收过路税；在美国，政府对电动汽车产业的支撑早已形成了体系，奥巴马总统上任以后，积极推动新能源汽车的发展，拨款24亿美元用于电动汽车的研发，成为美国有史以来在电动汽车领域做出的最大投资；在法国，电力来源中核电占了将近80%。旅游行业是法国的一大经济支柱，发展电动汽车，用核电驱动汽车，既可以减少能源依赖，又可以保护环境，政府在电动汽车购买补贴方面的大力支持，另外充电桩的覆盖率在世界上数一数二。早在20世纪70年代日本政府就已将电动车的发展列入汽车工业的产业规划，并且为电动车发展制定了诸如建设和改造充电站、研制新技术的蓄电池等计划。目前已有多款车型在全球范围上市，并且一直保持电动车销量头把交椅的依旧是日系电动车。我国政府也高度重视电动汽车的发展，2007年国家出台的《新能源汽车生产准入管理规则》首次对节能与新能源汽车的概念和范围做了规定；2009年出台的《汽车产业调整和振兴规划》强调重点发展新能源汽车；2010年中央财政补贴试点启动，对5个试点城市私人购买的插电式混合动力轿车和纯电动车给予最高6万元的补贴；2010年9月8日，我国确定了发展节能环保、新能源汽车等在内的七大战略性新兴产业。此外，我国政府助力新能源汽车的推广。在北京奥运会和上海世博会期间大规模的投入使用新能源汽车，这些示范活动给新能源汽车提供了一个展示自我的平台，为新能源汽车推向市场提供了大好契机。对于新能源汽车来说，驱动电机是其动力驱动系统的核心部件，优良的电机性能与高性能的电机驱动技术可以最大限度地展现电动汽车的节能优势。目前，一次充电的续驶里程问题和制造运行成本问题已经成为制约电动汽车发展的关键问题，因此，使用高效的电动机与电动机驱动系统是电动汽车发展的极为重要的方向。与其他电动机相比，永磁同步电动机具有更高的效率，更高的功率密度和更高的控制精度，在最新的电动汽车中有着极为广泛的应用，是目前世界各国电动汽车驱动电机研究的热点。我国稀土资源储备丰富，总储量是世界其他国家储量总和的四倍，这使得我国使用稀土永磁同步电机具备了一个天然优势，同时，永磁同步电机研究与在电动车上的广泛应用也将极大地提高我国稀土出口的附加值。然而，目前新能源汽车驱动用电机的设计方法还不够成熟，永磁同步电机的设计过程中还存在着许多问题。1.1课题研究背景和意义随着人们对能源和环境的日益重视，传统的汽车产业也在向绿色环保的“电动”转变。当前，世界各国和各大汽车企业积极的投入到对电动汽车的研究工作中。其中，电动汽车的驱动电机成为了研究人员和开发厂商的重点研究对象。目前应用较广的电动汽车驱动模式大多采用的是集中驱动，但该模式需要大量的变速装置，从而使得整车效率和性能受到了影响。针对这一技术问题，电动汽车用轮毂电机逐渐受到了重视，并且有望成为未来电动汽车驱动的主力。轮毂电机又称车轮式电机，它是指将电机嵌在车轮内部直接驱动电动汽车运行，省略了传动和减速装置。与传统的电机相比，轮毂电机具有结构紧凑、体积小、驱动方式独立可控、功率密度高等优点，能使得电动汽车底架结构大为简化，同时增加了电动汽车转向的灵活性。目前，针对电动汽车轮毂电机的研究主要包括了电机磁路结构，电机功率密度，电机冷却散热系统等。其中，对电机散热系统的研究尤为重要，因为对于高性能的轮毂电机来说，电机的冷却环境直接影响着电机的过载能力以及电机能否符合高防护等级的要求，所以首先要对轮毂电机的温度场进行研究。电机温升是电机性能的一项重要指标，它对电机的出力、效率、稳定性和经济技术指标等有着直接的影响。并且，随着电机的电磁负荷及热负荷的增加，电机的温升将关系到电机的使用寿命长短以及是否能够可靠运行可靠。因此，在设计轮毂电机前，必须对设计样机的温度分布及其各个关键部件的温升进行计算仿真，以保证其符合电机的每项技术要求，并为优化设计提高参考依据[1]。本文主要从损耗的角度对电动汽车用轮毂电机的温度场进行研究，并根据电磁场、传热学理论，对电机温度场与电磁场进行了耦合分析。1.1课题来源及研究的目的和意义与传统内燃机相比，电动车有低排放、低污染，能源的利用多元化等优点，其相关领域的研究已经得人们越来越多的重视。电机驱动系统作为电动车的关键部件，其工作效率影响到整车的性能，这是人们一直关心的问题[1]。目前应用在电动车电驱动系统中的电机包括直流电机、感应电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机等。感应电机与其他类型电机相比具有技术成熟，稳定性好，成本低，易于控制和维护等特点，因此得到广泛应用。除此以外，电机的冷却方式主要有强迫风冷和液冷两种，而液冷效果较好，水冷形式相对于其他液冷形势相比，冷却效果要好（其冷却能力约为强迫风冷的50倍以上）且成本低，因而，采用水冷系统将是适合电动车运行工况的发展趋势之一。电动车用电机与传统电机有很大不同，一方面作为电动车的电驱动系统的主要组成部分，要求其具有较高的功率密度、较宽的调速范围、更高的过载能力、频繁的启动加减速、高效率等，且电机的安装空间有限、工作环境恶劣，这些都必然将导致电机的温升较高，另一方面从电机的角度讲，若能保证其高效安全运行，就需准确知道其内部温度场的分布，确保电机内部最高温度在安全温度以下，并为其提供相当的冷却条件。在电机设计方面，电动车用电机往往希望其具有更高的功率密度和电磁负荷以减小电机所占空间，这些势必导致电机温升提高，也对电机的冷却系统提出了更严峻的要求。因此采用实用可行又相对准确的方法，对电动车用电机内部的温度场及其水冷系统进行分析以给出电机设计和水冷系统设计的建议是十分必要的。