基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，包括以下步骤：S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，分析永磁驱动电机的温升。本发明专利技术提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法，能够更准确地计算电动汽车实际行驶时驱动电机的温升分布，可以更好地发挥绝缘材料性能，降低系统成本，提高电动汽车驱动电机运行的稳定性和可靠性。

Temperature Rise Analysis Method of Permanent Magnet Drive Motor Based on Actual Driving Conditions of Electric Vehicles

The invention discloses a temperature rise analysis method of permanent magnet drive motor based on actual driving condition of electric vehicle, which includes the following steps: S1, embedding the motor model of actual electric vehicle into Advisor simulation software, and recording the actual torque and speed of motor under given driving condition of electric vehicle; S2, root; According to the actual torque and speed of the motor, the actual working current of the permanent magnet drive motor is calculated when the electric vehicle is running; S3, the actual working current of the permanent magnet drive motor is used as the input of Ansys simulation model, and the temperature rise of the permanent magnet drive motor is analyzed. The method for calculating temperature rise of permanent magnet drive motor based on the actual driving condition of electric vehicle can calculate the temperature rise distribution of driving motor more accurately when the electric vehicle is actually running, can better exert the performance of insulating material, reduce the system cost, and improve the stability and reliability of electric vehicle drive motor operation. Sex.

【技术实现步骤摘要】
基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法
本专利技术属于电机温升计算
，具体涉及一种基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法。
技术介绍
20世纪70年代以来，全球能源危机与环境问题日益严重使得电动汽车行业快速发展。目前国内车用燃油过度消耗，石油对外依存度不断提高，环境问题日益加剧，而然后汽车尾气排放是主要污染源之一。在减少环境污染、环境能源危机的前提下，电动汽车因其污染小、节约能源的优点，处于重要的战略发展机遇期。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，负荷道路交通、安全法规各项要求的车辆。相较于传统燃油汽车，纯电动汽车以电池代替燃油，以驱动电机代替内燃机，从而将电能转化为机械能。目前，纯电动汽车用驱动电机主要有直流电机、永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机。而电动汽车驱动电机的温升计算时电机设计阶段最重要的校验手段之一，对电机运行是的等效电阻，电感和效率等参数有显著影响，一直是电力行业广受关注的热点问题。电动汽车作为一种交通运输工具，要求其驱动电机具有比工业牵引电机更高的功率密度和效率，准确计算驱动电机温升对电动汽车而言尤为重要，过高的温升计算结果会使电机设计尺寸和重量过大，不仅会侵占电动汽车有限的空间，也会缩短电动汽车的续驶里程，而过低的温升计算结果可能导致电机实际温升超过绝缘材料和永磁铁的最高允许温度，致使绕组绝缘的过早失效和永磁体退磁，严重时甚至会威胁到人员的生命安全。当前对电动汽车驱动电机温升问题的研究，多采用工业牵引电机温升的分析方法，基于额定电流和冷却调节进行计算。而电动汽车驱动电流是按行驶需求不断变化的，采用该类方法计算电机温升必然会产生较大的误差。大量的统计数据表明，行驶工况能够较好地描述电动汽车行驶规律，因此采用行驶工况对电动汽车驱动电机温升进行分析具有良好的现实意义。在现有技术中，一种方法为利用整车工况计算驱动电机的转矩和转速，然后利用有限元仿真软件计算损耗，最后基于热网络分析电动机温升，但该方法需要实验测试来确定电机内损耗分布，很难在设计阶段对电机性能进行校核；另外一种方法中，利用有限元计算了UDDS工况下永磁驱动电机的损耗，进而给出了电机温升结果，但其无法与目前电动汽车广泛采用的矢量控制等先进控制策略直接接口，在某种程度上阻碍了该方法在工程实践中的实际应用。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法解决了现有技术中无法在实际行驶工况下对永磁驱动电机进行温升分析的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，包括以下步骤：S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。进一步地，所述步骤S1具体为：S11、根据永磁驱动电机所装配的实际电动汽车的整车参数，确定Advisor整车仿真模型中的整车参数；S12、采用理论计算方法计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，得到不同转速对应的电机转矩；S13、根据转速和转矩数据，查找电机手册数据，给定不同转速下电机损耗，并调整Advisor整车仿真模型中的所对应的损耗数据；S14、在Advisor软件中，给定电动汽车行驶工况，运行该行驶工况若干周期，记录电动汽车永磁电动机实际转矩和转速。进一步地，所述步骤S12中，额定转速下采用恒转矩调速，输出额定转矩，额定转速以上采用横定功率调速，输出恒功率，得到永磁驱动电机输出特性曲线。进一步地，其特征在于，所述步骤S2具体为：S21、计算电机电磁转矩标幺值，进而计算永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值；S22、根据永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值，分别计算d轴和q轴旋转电流的瞬时值，并将其变换为三相电流瞬时值；S23、利用数理统计方法对所得永磁驱动电机三相电流瞬时值进行统计，得到永磁驱动电机实际工作电流的变化曲线。进一步地，其特征在于，所述步骤S21中：所述电机电磁转矩标幺值Tb的计算公式为：Tb＝TE/TB式中，TB为电磁转矩基值，且TB＝nPψFiB；TE为实际电磁转矩，且TE＝nP(ψFiQ+(LD-LQ)iDiQ)；nP为极对数；ΨF为永磁铁体空间磁链；LD、LQ分别为永磁驱动电机的直、交轴等效电感；所述永磁驱动电机d轴电流的标幺值id的计算公式为：id＝iD/iB所述永磁驱动电机q轴电流的标幺值iq的计算公式为：iq＝iQ/iB式中，iB为电流基值，且iB＝ψF/LQ-LD；iD、iQ分别为永磁驱动电机的直、交轴电流。进一步地，其特征在于，所述步骤S22具体为：所述d轴旋转电流的瞬时值iQd的计算公式为：iQd＝iqiB所述q轴旋转电流的瞬时值iQq的计算公式为：iQq＝idiB将所述d轴和q轴旋转电流的瞬时值变换为三相电流瞬时值的方法具体为：通过park逆变换将旋转的d轴和q轴的选择电流瞬时值转变为静止的α、β轴电流瞬时值，然后通过clark逆变换将静止的α、β轴电流瞬时值变换为三相电流瞬时值；所述三相电流瞬时值为电动汽车永磁驱动电机三相输入电流的瞬时值。进一步地，其特征在于，所述步骤S3具体为：确定永磁驱动电机的结构参数和冷却方式，将永磁驱动电机的损耗作为热源，将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，在给定的若干运行工况下运行，在电机温升达到稳定时，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。进一步地，其特征在于，所述永磁驱动电机的结构参数包括绕组匝数尺寸、永磁铁的形状位置、永磁铁的槽数、永磁铁的槽型尺寸、永磁铁的铁心叠片材料尺寸；所述冷却方式为包括各部分材料的散热系数、冷却液流量、冷却通道的内径、外径和圆心角。进一步地，其特征在于，所述永磁驱动电机的损耗包括铜损、铁耗和轴承摩擦损耗；所述铜损为各相绕组上产生的损耗，所述铜损PCu计算公式为：式中，I为绕组相电流；R为绕组电阻；m为相数；所述铁耗为交变磁场穿过定子铁芯时，产生的涡流损耗和磁滞损耗，所述铁耗Pfe的计算公式为：式中，Pfe为单位质量的铁耗；ω为角频率；Bp磁密峰值；γ1、γ2、ε均是铁磁材料有关的常数；所述轴承摩擦损耗Pf为电动汽车内置式永磁驱动电机滚动轴承的摩擦损耗，所述轴承摩擦损耗的计算公式为：式中，Q为轴承载荷；d为滚珠中心处的直径；v为滚珠中心的圆周速度。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升计算方法，能够更准确地计算电动汽车实际行驶时驱动电机的温升分布，可以更好地发挥绝缘材料性能，降低系统成本，提高电动汽车驱动电机运行的稳定性和可靠性。附图说明图1为本专利技术提供的实施例中基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法实现流程图。图2为本专利技术提供的实施例中计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流方法流程图。图3为本专利技术提供的实施例中分析永磁驱动电机的温升方法流程图。图4为本专利技术提供的实施例中Adv本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。

【技术特征摘要】
1.基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将实际电动汽车的电机模型嵌入到Advisor仿真软件中，并在给定该电动汽车行驶工况的条件下，记录电机的实际转矩和转速；S2、根据电机的实际转矩和转速，计算电动汽车行驶时永磁驱动电机的实际工作电流；S3、将永磁驱动电机的实际工作电流作为Ansys仿真模型的输入，得到电动汽车实际行驶时永磁驱动电机的温升随其实际工作电流变化的规律。2.根据权利要求1所述的基于电动汽车实际工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：S11、根据永磁驱动电机所装配的实际电动汽车的整车参数，确定Advisor整车仿真模型中的整车参数；S12、采用理论计算方法计算实际永磁驱动电机输出特性曲线，得到不同转速对应的电机转矩；S13、根据转速和转矩数据，查找电机手册数据，给定不同转速下电机损耗，并调整Advisor整车仿真模型中的所对应的损耗数据；S14、在Advisor软件中，给定电动汽车行驶工况，运行该行驶工况若干周期，记录电动汽车永磁电动机实际转矩和转速。3.根据权利要求2所述的基于电动汽车实际工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S12中，额定转速下采用恒转矩调速，输出额定转矩，额定转速以上采用恒定功率调速，输出恒功率，得到永磁驱动电机输出特性曲线。4.根据权利要求1所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S21、计算电机电磁转矩标幺值，进而计算永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值；S22、根据永磁驱动电机d轴和q轴电流的标幺值，分别计算d轴和q轴旋转电流的瞬时值，并将其变换为三相电流瞬时值；S23、利用数理统计方法对所得永磁驱动电机三相电流瞬时值进行统计，得到永磁驱动电机实际工作电流的变化曲线。5.根据权利要求4所述的基于电动汽车实际行驶工况的永磁驱动电机温升分析方法，其特征在于，所述步骤S21中：所述电机电磁转矩标幺值Tb的计算公式为：Tb＝TE/TB式中，TB为电磁转矩基值，且TB＝nPψFiB；TE为实际电磁转矩，且TE＝nP(ψFiQ+(LD-LQ)iDiQ)；nP为极对数；ΨF为永磁铁体空间磁链；LD、LQ分别为永磁驱动电机的直、交轴等效电感；所述永磁驱动电机d轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱显辉，师楠，王国新，韩龙，汤旭日，汝红芳，王丽，蔡鼎锴，王鑫锐，宋彦超，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23