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。永磁同步電機具有功率密度高、調(diào)速范圍廣、效率高、尺寸小等優(yōu)點，在電動汽車中應(yīng)用前景廣闊。該文通過分析電動汽車對驅(qū)動電機性能的要求，研究電動汽車用永磁同步電機的結(jié)構(gòu)與工作原理，設(shè)計出電動汽車永磁同步電機設(shè)計方案。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基本參數(shù)與尺寸。

關(guān)鍵詞：電動汽車；永磁同步電機；永磁

1 電動汽車對驅(qū)動電機性能的要求

電動汽車運行工況多變復(fù)雜，因此對驅(qū)動電機的性能、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，要求電動機能耗低、效率高。②汽車在行駛中會走爛路低速行駛，也會走高速路高速行駛，會運行于多種不同工況之中，要求電機調(diào)速范圍寬泛。③汽車在運行中會頻繁起步、加速、制動減速、爬坡等，要求電機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，在設(shè)計中可選取較大的過載系數(shù)。④為了增大汽車車內(nèi)空間、便于電機布置同時減輕汽車重量，要求電機比功率較大、體積小、盡量采用較高的額定電壓。

2 永磁同步電機總體設(shè)計

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

2.1 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)選擇 轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)對永磁同步電機的驅(qū)動性能產(chǎn)生很大影響，是電機設(shè)計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)計隔磁橋很重要[1]。磁漏系數(shù)小電機的抗去磁能力減弱，磁漏系數(shù)大所需永磁體量就多。因此需要對電機的磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計以滿足電動汽車對驅(qū)動電機的要求。

不同的磁路結(jié)構(gòu)對電機的電感參數(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轉(zhuǎn)矩輸出能力比其他電機強、調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠。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 主要尺寸與電機負(fù)荷計算與選擇 電動汽車在行駛中會受到來自地面的摩擦阻力、空氣的風(fēng)阻力，同時也會受到加速阻力、爬坡阻力。根據(jù)汽車行駛方程式

3 永磁同步電機參數(shù)與尺寸的確定

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

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

確定電機估算結(jié)果如表3。

4 小結(jié)

文章首先介紹電動汽車不同運行狀況對電機的要求，根據(jù)要求來確定永磁同步電機的性能參數(shù)，以滿足電動汽車的要求。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為本論文研究對象。通過計算初步確定永磁同步電機的基本尺寸、繞組類型、定子槽型等。最后通過解析計算得出永磁同步電機各參數(shù)初選數(shù)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙云，李葉松.永磁同步電機寬范圍最大轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2010，25（7）：45-50.

[2]代穎.電動車驅(qū)動用永磁同步電機的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004.

[3]溫有東.電動汽車用永磁同步電機的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[4]程福秀，林金銘.現(xiàn)代電機設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社，1993.

[5]CaiChi.lan，WangXiao.gang，BaiYue.wei，et al.Motor Drive System Design for Electric Vehicle[R].Shanghai：Shanghai Second Polytechnic University：2011.