才立忠+張輝+饒界+汪坤+周安健

摘 要：為了得到一款驅(qū)動效率和電磁噪聲都表現(xiàn)較優(yōu)的電機(jī)，本文采用最大轉(zhuǎn)矩電流比的控制方式以及減小銅耗的繞組方案等措施以提高效率，采用轉(zhuǎn)子四段斜極的結(jié)構(gòu)以降低電磁噪聲。對樣機(jī)進(jìn)行了電磁仿真及實驗測試，仿真結(jié)果和實驗測試都表明該樣機(jī)具有較好的噪聲表現(xiàn)和較高的驅(qū)動效率，驗證了該設(shè)計方案的合理性。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；電機(jī)噪聲；分段斜極；驅(qū)動效率

中圖分類號：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）05-0025-05

Design and Analysis of Permanent Magnet Synchronous Driving Motor Used in Electric Vehicles

CAI Li-zhong， ZHANG Hui， RAO Jie， WANG Kun， ZHOU An-jian

（ Chongqing Changan Automobile Co.，Ltd.， Chongqing401120， China ）

Abstract： In order to get a drive motor which has a higher driving efficiency and a better electromagnetic noise performance， the MTPA （maximum torque per ampere） control mode and the winding scheme which can reduce the power loss of copper wires were used to improve the driving efficiency， besides the rotor structure with four segments of oblique magnet poles was used to reduce the electromagnetic noise. And some electromagnetic simulations and experimental tests were done on the motor， and the results of the electromagnetic simulations and experimental tests showed that the motor prototype has a better electromagnetic noise performance and a higher driving efficiency， which verified the rationality of design scheme.

Key Words： permanent magnet synchronous motor； motor noise； segmented oblique pole；driving efficiency

引 言

電動汽車用驅(qū)動電機(jī)主要有直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁同步電機(jī)等，其中永磁同步電機(jī)因為具有功率密度高、系統(tǒng)效率高、調(diào)速范圍寬和控制系統(tǒng)簡單等優(yōu)點而被廣泛接受。目前市場主流產(chǎn)品中，應(yīng)用永磁同步電機(jī)的車型有通用 Volt、日產(chǎn) Leaf、豐田 Prius和上汽 E50、比亞迪“秦”、長安逸動EV等。在電動汽車領(lǐng)域，NVH特性[1，2]和續(xù)駛里程是非常重要的兩個性能參數(shù)。純電動汽車是電動汽車的一種，目前在國內(nèi)市場上最多，由于純電動汽車采用電機(jī)取代發(fā)動機(jī)驅(qū)動，少了發(fā)動機(jī)的噪聲，使車內(nèi)更加安靜，也正因此凸顯了傳統(tǒng)車中以往并不明顯的噪音。電機(jī)作為整車的驅(qū)動源，也是整車振動和噪音的主要來源。電磁噪聲是永磁同步電機(jī)噪聲的主要來源之一[3]，由于蠕行狀態(tài)下的車速較低，路噪和風(fēng)噪較低，因此蠕行工況下的高階電磁噪音比較受客戶和整車廠的關(guān)注。電動汽車的布置空間限制了電池的容量，因此電機(jī)的驅(qū)動效率對續(xù)駛里程至關(guān)重要，電機(jī)的功率損耗主要來源于鐵芯損耗、繞組損耗和實體損耗等，降低這些損耗有助于提高電機(jī)的驅(qū)動效率，增加續(xù)駛里程。

目前市場上的電動汽車中，純電動汽車大多采用經(jīng)典的48槽8極永磁同步電動機(jī)，例如逸動EV、日產(chǎn)Leaf、比亞迪“秦”等驅(qū)動電機(jī)[4]。因分?jǐn)?shù)槽繞組電機(jī)勢磁分布曲線中包含的諧波比整數(shù)槽繞組多，不僅有奇次諧波，還有偶次諧波和低次諧波，會產(chǎn)生單邊磁拉力，附加轉(zhuǎn)矩和雜散損耗，使電機(jī)運行時產(chǎn)生較大的振動和噪音，運行效率下降，因此對于小型驅(qū)動電機(jī)來說，應(yīng)盡量采用整數(shù)槽繞組的電機(jī)，對于整數(shù)槽繞組電機(jī)，噪聲階次與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同，對于分?jǐn)?shù)槽繞組的電機(jī)，噪聲階次小于轉(zhuǎn)子極數(shù)。

為了得到一款適合純電動汽車的高效率、低噪音的永磁同步電機(jī)，本文設(shè)計了一種永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)，采用48槽8極的整數(shù)槽繞組的極槽配合，以降低振動和噪音，提高效率；合理設(shè)置繞組形式，定、轉(zhuǎn)子采用沖片疊加，減少繞組損耗和鐵芯損耗。利用Maxwell電磁仿真軟件仿真得到電機(jī)的各項性能參數(shù)，并制作樣機(jī)進(jìn)行實驗，得到了較好的實驗結(jié)果。

1 永磁同步驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計

1.1 驅(qū)動電機(jī)的基本參數(shù)

本文采用A級純電動轎車驅(qū)動電機(jī)作為設(shè)計和分析對象。分解整車動力系統(tǒng)需求得到電機(jī)的性能要求如表1所示：

轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的一個重要性能參數(shù)，表征整車的動力特性，轉(zhuǎn)矩也對電機(jī)的整體尺寸有一定的約束限制，峰值轉(zhuǎn)矩與定子鐵芯的長度、內(nèi)徑和氣隙磁密、電負(fù)荷等參數(shù)之間的關(guān)系[5]如下

其中，Tem max —最大電磁轉(zhuǎn)矩（Nm），Bδ1 —氣隙磁密基波幅值（T），Lef —定子疊長（cm）， Di12 —定子內(nèi)徑（cm），A—定子電負(fù)荷有效值（A/cm）。endprint