电动三轮车用无刷直流电动机的优化设计及特性分析-电机与电器专业论文.docxVIP

中图分类号：TM351 密 级：公开 UDC：621.3 单位代码：10460 电动三轮车用无刷直流电动机的 优化设计及特性分析 Optimization Design and Characteristic Analysis of Brushless DC Motor used in Electric-tricycle 申请人姓名 崔英华 学位类别 工学硕士 专业名称 电机与电 研究方向 特种电机及控制 导师 汪旭东 职称 教授 提交日期 2013.06.13 答辩日期 2013.06.10 河南理工大学 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任 何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的 启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学位论文作者签名 : 年 月 日 河 南 理 工 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文 内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学 位论文。 必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权。 学位论文作者签名： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 致 谢 时光如水，三年硕士生活不知不觉已悄然度过。 在这篇论文即将结束的时候，谨向我尊敬的导师汪旭东教授和敬爱的师兄许 孝卓老师表示诚挚的谢意。在这几年求学生涯中，他们孜孜不倦的教诲和指导， 让我无论在生活上还是学习上都受益匪浅；由于他们的尽心指导，这篇论文才能 够顺利完成，他们严谨的治学态度和勤奋的工作态度将让我受益终身。 论文写作期间，研究所的司纪凯老师、封海潮老师都提供了无私的指导和帮 助。实验室的杨影丽、郭利娜、陈莉、郝宝宝、张凯、司盟同学和王晓东、王培 龙、李奇超师弟都给予了不尽的帮助和鼓励，谨在此向他们表示深深的感谢。 论文中引用了很多书刊和文献的成果，在此向所有作者表示感谢。 向百忙之中抽出宝贵时间详审本论文的各位专家、学者致以崇高的敬意！ 最后要向一直在生活和心灵上鼓励支持我的家人表示最深的感激，他们无条 件的支持鼓励我克服一切困难向前看，他们永远是我生活的方向和动力，希望以 后尽我所能成为他们的鼓励者和支持者。 摘 要 无刷直流电机具有可控性好、调速范围宽、运行可靠等一系列优点，因此广 泛应用在工业生产和生活中。随着电动三轮车的普及应用，电动三轮车中置减速 电机开始由串激电机向无刷直流电机转变，研发高效率的无刷电机不仅可以降低 用户成本投入，还可以节约电池用量，减少污染。 本文结合电动三轮车电机运行特点和技术要求，设计一台 500W 永磁无刷直 流电机，并对其进行热场分析和多目标优化。 简单介绍无刷直流电机的工作原理、结构和选型，采用场路结合法对电机进 行电磁设计：建立无刷直流电机等效磁路模型和有限元模型；通过对比极槽配合 对齿槽转矩和感应电动势的影响选择了电机的极数与槽数；根据气隙对漏磁系数 的影响选择合理的气隙长度；用参数法计算出了电机的结构尺寸、永磁体尺寸和 绕组参数；用有限元法对电机进行磁路参数的校核，对比分析了电机性能的解析 计算值和有限元仿真值。 然后结合电机传热原理，计算电机各部件等效热阻，建立无刷直流电机热网 络模型，计算电机热分析场微分方程，建立其热分析模型，分别计算出电机稳态 运行时各部分的温升，结果证明该电机的温升在正常范围内。 最后结合 Pareto-最优解的思想对电机进行多目标优化，以电机效率、成本为 目标，选定对电机性能影响较大的结构参数如：永磁体长度、极弧系数、槽深等 为变量；设定边界约束、一般约束和性能约束条件，利用遗传算法对问题进行求 解，得出一组最优目标结构参数，并用有限元法对其中一组参数进行验证，结果 证明优化之后的电机性能更好。 关键词：无刷直流电机；场路结合法；等效热网络；多目标优化；Pareto-最 优解 I III III IV IV Abstract With the advantages of good controllability, wide range of speed regulation, reliable operation .etc. Brushless DC (direct current) (BLDC) motor is widely used in the are