徐斌

摘 要：近年來，環(huán)境污染與能源問題引起了人們的廣泛關(guān)注。永磁同步電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍廣、效率高、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車中應(yīng)用前景廣闊。該文通過分析電動(dòng)汽車對驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的要求，研究電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)計(jì)出電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案。選擇合適的磁路結(jié)構(gòu)，估算出滿足汽車性能要求所需要的電機(jī)基本參數(shù)與尺寸。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；永磁同步電機(jī)；永磁

1 電動(dòng)汽車對驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的要求

電動(dòng)汽車運(yùn)行工況多變復(fù)雜，因此對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能、尺寸都有相應(yīng)的要求：①在電池電量一定的情況下行駛里程是電動(dòng)汽車性能的關(guān)鍵因素，為了提高汽車的續(xù)航里程，要求電動(dòng)機(jī)能耗低、效率高。②汽車在行駛中會(huì)走爛路低速行駛，也會(huì)走高速路高速行駛，會(huì)運(yùn)行于多種不同工況之中，要求電機(jī)調(diào)速范圍寬泛。③汽車在運(yùn)行中會(huì)頻繁起步、加速、制動(dòng)減速、爬坡等，要求電機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在設(shè)計(jì)中可選取較大的過載系數(shù)。④為了增大汽車車內(nèi)空間、便于電機(jī)布置同時(shí)減輕汽車重量，要求電機(jī)比功率較大、體積小、盡量采用較高的額定電壓。

2 永磁同步電機(jī)總體設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)總體設(shè)計(jì)首先需要確定電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)，選用合理的計(jì)算方法確定電機(jī)各部件的尺寸參數(shù)，基本確定出電機(jī)的原型。

2.1 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)選擇 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)對永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能產(chǎn)生很大影響，是電機(jī)設(shè)計(jì)階段首先要考慮的問題。隔磁橋能有效控制磁漏系數(shù)的大小，因此合理設(shè)計(jì)隔磁橋很重要[1]。磁漏系數(shù)小電機(jī)的抗去磁能力減弱，磁漏系數(shù)大所需永磁體量就多。因此需要對電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以滿足電動(dòng)汽車對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求。

不同的磁路結(jié)構(gòu)對電機(jī)的電感參數(shù)影響很大，主要根據(jù)永磁體布置與轉(zhuǎn)子位置不同分為表面置式與內(nèi)置式，如圖1所示。由于永磁體內(nèi)置式切向式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力比其他電機(jī)強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠。因此選用該種結(jié)構(gòu)形式為本課題研究對象。

2.2 永磁體材料與尺寸選擇 目前，永磁同步電機(jī)永磁體材料采用稀土材料釹鐵硼[2]，它具有很高的矯頑力和磁能積，磁能積是普通鐵氧永磁體的6倍以上。因此本電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體用稀土材料釹鐵硼NdFe35作為永磁體材料。磁通面積的大小由永磁體的寬度決定，永磁體的退磁由厚度決定[3]。

2.3 主要尺寸與電機(jī)負(fù)荷計(jì)算與選擇 電動(dòng)汽車在行駛中會(huì)受到來自地面的摩擦阻力、空氣的風(fēng)阻力，同時(shí)也會(huì)受到加速阻力、爬坡阻力。根據(jù)汽車行駛方程式

3 永磁同步電機(jī)參數(shù)與尺寸的確定

3.1 電機(jī)主要參數(shù)的確定 根據(jù)電動(dòng)汽車已知參數(shù)，對電動(dòng)汽車主要運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)公式（1）到（5），初步估算出電機(jī)的基本性能參數(shù)，如表1所示。

為了達(dá)到電機(jī)的性能指標(biāo)要求，運(yùn)用公式（6）、（7）計(jì)算出電機(jī)的外形尺寸、永磁體、定子槽型尺寸。所需參數(shù)見表2。

確定電機(jī)估算結(jié)果如表3。

4 小結(jié)

文章首先介紹電動(dòng)汽車不同運(yùn)行狀況對電機(jī)的要求，根據(jù)要求來確定永磁同步電機(jī)的性能參數(shù)，以滿足電動(dòng)汽車的要求。根據(jù)目標(biāo)參數(shù)綜合分析比較后確定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為內(nèi)置切向式的永磁同步電機(jī)為本論文研究對象。通過計(jì)算初步確定永磁同步電機(jī)的基本尺寸、繞組類型、定子槽型等。最后通過解析計(jì)算得出永磁同步電機(jī)各參數(shù)初選數(shù)值。

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