摘 要

3. 毕业论文文献综述一篇，字数不少于4000；

4. 开题报告不少于1400字；

5. 翻译与课题相关的外文资料约2万个印刷字符，译成中文不少于5000字；

6. 毕业论文周记每周记载与论文相关的内容不少于800字。

必读参考资料：

1.刘金辉,李丹妮.车用永磁同步电机在不同工况下的温升分析[J].微特电机, 2018.

2.刘马林. 直接喷油式永磁同步电机温度场研究[D]. 合肥工业大学, 2016.04

3.王海涛. 轮毂电机驱动系统温度场分析及冷却结构设计_王海涛[D]. 山东理工大学, 2018.06

4.Si M, Yang X, Zhao S, et al. Modeling and analysis of the magnetic field of a surface-interior permanent magnet synchronous motor[C]// Magnetics Conference (INTERMAG), 2015 IEEE.

5. Allag A, Benakcha A, Allag M, et al. Classical state feedback controller for nonlinear systems using mean value theorem: closed loop-FOC of PMSM motor application[J]. Frontiers in Energy, 2015, 9(4): 413-425.

6.王晓远,高鹏.等效热网络法和有限元法在轮毂电机温度场计算中的应用[J] .电工技术学报,201６,31(1６) ：2６-33.
7.ZHANG B, QU R, WANG J, et al.Thermal model of totally enclosed water-cooled permanent-magnet synchronous machines for electric vehicle application[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2014,51(4) ： 3020-3029.

8.刘蕾,刘光复,刘马林,等.车用永磁同步电机三维温度场分析[J] .中国机械工程,2015,2６(11) ：1438-1444.

9.田玉冬,王潇,张舟云.车用电机冷却系统热仿真及其优化[J] .机械设计与制造,2015(2) ：238-242.

10.LIU X,CHEN H,ZHAO J,et al.Research on the performances and parameters of interior PMSM used for electric vehicles[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,201６,６3(６) ：3533-3545.

指导教师签名 系主任签名

院长签名(章)_____________

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 课题研究的进展 1

1.2.1永磁同步电机损耗分析的研究进展 1

1.2.2 永磁同步电机温升的研究进展 2

1.2.3 永磁同步电机冷却的研究进展 2

1.3 课题研究的主要内容 3

第2章 永磁同步电机设计 4

2.1 驱动电机与车辆的动力匹配计算 4

2.2 电机磁路结构的选型 6

2.2.1 电机转子结构分析 7

2.2.2 电机定子结构分析 8

2.3 电机结构参数设计 8

2.3.1 定子绕组的绝缘等级 8

2.3.2 定子绕组的设计 9

2.3.3 永磁体选择与尺寸参数设计 9

2.3.4 槽极数的配合设计 11

2.3.5 气隙大小的设计 11

2.4 电机主要尺寸参数计算 11

2.5 电机基本性能仿真计算 12

2.5.1 电机的空载特性仿真 13

2.5.2 电机的负载工况仿真 15

2.6 本章小结 17

第3章 基于整车典型工况的电机热分析与温度场仿真 18

3.1 永磁同步电机损耗理论 19

3.1.1 铁芯损耗 19

3.1.2 绕组铜损 20

3.1.3 永磁体涡流损耗 20

3.2 额定工况的损耗与性能分析 20

3.3 高速工况的损耗与性能分析 22

3.4 爬坡工况的损耗与性能分析 24

3.5 加速工况的损耗与性能分析 27

3.6 爬台阶工况的损耗与性能分析 29

3.7 本章小结 31

第4章 轮毂电机冷却系统的分析与设计 32

4.1 不同冷却结构类型的分析与选型 32

4.2 冷却介质对电机冷却性能的影响 33

4.2.1 冷却液流量对冷却性能的影响 33

4.2.2 冷却液入口温度对冷却性能的影响 34

4.3 冷却水道结构参数对电机冷却性能的影响 35

4.3.1 冷却水道数目对电机冷却性能的影响 35

4.3.2 冷却水道截面高度对电机冷却性能的影响 36

4.4 本章小结 37

第5章 轮毂电机冷却系统的优化及温度场仿真 39

5.1 冷却水道结构的优化 39

5.2 冷却系统优化后轮毂电机温升仿真分析 40

5.2.1 额定工况电机的温度场仿真 40

5.2.2 高速工况电机的温度场仿真 41

5.2.3 爬坡工况电机的温度场仿真 41

5.2.4 加速工况电机的温度场仿真 43

5.2.5 爬台阶工况电机的温度场仿真 45

5.3 本章小结 46

第6章 总结与展望 47

参考文献 48

致 谢 50

摘 要

轮毂电机是纯电动汽车动力系统的关键部件，电机的温升会对轮毂电机乃至车辆的性能产生重大影响。因此在设计电机时须严格控制温升，合理设计电机本体及其冷却结构，使电机可靠运行。

本文结合山猫6×6全地形非防护运输车用永磁同步电机项目，研究控制电机温升的方法及规律。首先根据车辆动力参数确定电机基本性能参数，合理地进行电机本体结构的设计；利用Motor CAD对设计的电机进行建模计算，校验电机的各种基础性能参数要求，确定电机本体结构的合理性。

其次，结合电动汽车几种典型工况，对该永磁同步电机进行性能参数分析，计算了电机不同工况的电机损耗，且运用软件仿真电机温度场分布状态；分析各工况的电机温升分布规律，作为冷却系统优化设计的依据。

为控制电机过载工况的温升，对电机冷却系统的结构与性能进行了研究，探寻提升冷却性能的方法；主要分析了不同水道结构、不同冷却介质状态、不同水道尺寸参数对电机温升的影响，并且通过对水道结构尺寸进行优化，电机的散热性能得到提升。

最后，对优化冷却系统后的电机进行多种典型工况的温升仿真，仿真结果验证了电机温升控制在合理范围内；此设计在满足各项技术要求的情况下，降低了电机的温升，提高了电机的可靠性，确定了整个设计过程的合理性。

关键词：永磁同步电机；损耗；温度场分布；冷却结构；温升

Abstract

The hub motor is a key component of a pure electric vehicle power system. The temperature rise of the motor will have a significant impact on the hub motor and even the performance of the vehicle. Therefore, the temperature rise must be strictly controlled when designing the motor, and the motor body and its cooling structure can be designed to make the motor run reliably.

This article combines the Bobcat 6×6 all-terrain non-protected permanent magnet synchronous motor project to study the method and law of controlling the motor temperature rise. First, determine the basic performance parameters of the motor based on the vehicle's dynamic parameters, and design the motor body structure reasonably; use Motor CAD to model and calculate the designed motor, verify various basic performance parameter requirements of the motor, and determine the reasonable structure of the motor body Sex.

Secondly, combined with several typical working conditions of electric vehicles, the performance parameters of the permanent magnet synchronous motor are analyzed, the motor losses of different working conditions of the motor are calculated, and the distribution of the motor temperature field is simulated by software; the motor temperature rise of each working condition is analyzed The distribution law serves as the basis for optimal design of the cooling system.

In order to control the temperature rise of the motor under overload conditions, the structure and performance of the motor cooling system were studied, and the method of improving the cooling performance was explored; the main analysis was made on the temperature rise of the motor with different water channel structures, different cooling medium states, and different water channel size parameters Impact, and by optimizing the size of the water channel structure, the heat dissipation performance of the motor is improved.

Finally, the temperature rise simulation of the motor after the optimized cooling system is performed in a variety of typical working conditions. The simulation results verify that the motor temperature rise is controlled within a reasonable range; this design reduces the temperature of the motor when it meets various technical requirements, improve the reliability of the motor, and determine the rationality of the entire design process.

Keywords: Permanent magnet synchronous motor; Loss; Temperature field distribution; Cooling structure; Temperature rise

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

永磁同步电机由于其良好的整体性能而广泛用于电动汽车，其作为轮毂电机在性能方面有很高的要求。作为驱动部件，电机不仅要有高低速稳定行驶良好的综合性能，还需要拥有较高的瞬时功率和大扭矩过载输出能力，且汽车实际运行时工况复杂，安装空间狭小，散热困难，对电机的温度控制带来巨大挑战。

在轮毂电机的运行期间，电能被转换为机械能，并伴随着其他能量损耗。这些损失的能量以热能的形式分布在电机里，造成电机温度升高。过高的温升会给电机带来许多不良影响，如定子绕组容易因温升过高而引起绝缘层烧坏，转子永磁体不可逆退磁，定子硅钢叠片间绝缘失效，轴承内部润滑功能下降，寿命缩短等^[1]。因而，通过合理设计电机本体结构，合理设计并优化冷却系统以提升冷却性能，将电机温升控制在安全范围内，对提升电动汽车的动力性，安全稳定性意义重大。