電動汽車用永磁同步電機設計方法及相關問題的研究

王春喜

摘 要：隨著我國能源問題的不斷擴大以及環境問題的影響，傳統的汽車產業正在改變開發的方式，正在逐漸的向電動的方向轉變，各個國家的汽車廠商都在進行電動汽車的研究，而電機系統作為電動汽車的核心部件更是受到了足夠的重視，但是從目前的情況來看，電動汽車用電機的設計大部分還是使用的傳統工頻電電機的設計方法，這種方法在運行的時候是非常復雜的，而且采用這種傳統的設計方法是滿足不了電動汽車的實際需求的，基于此種情況，該文從電動汽車對驅動電機的實際需求出發，以永磁同步電機為例子，對電動汽車用永磁同步電機的設計方法進行分析，并對相關的問題進行研究。

關鍵詞：電動汽車 永磁同步電機 設計方法 分析 研究

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0102-01

作為電動汽車中的一個核心部件，驅動電機會因其好壞而引起電動汽車性能上的優劣性，而電動汽車的整體研究性也主要表現在電動汽車研究的研究領域，目前，電動汽車的主要涉及方法還取決于傳統的工頻供電電機的設計，這也就是說相對于額定運行的電動汽車來說，穩定的設計方法才是關鍵，該文主要是對電動汽車驅動電機的特點進行分析，提出基于電動汽車的特點和設計的方法。

1 電動汽車用永磁同步電機設計方法研究情況

現階段對電動汽車用永磁同步電機的設計方法主要還是源自于工頻供電電機的設計方法，設計的步驟大致也是相同的，主要包括以下幾個方面內容：（1）尺寸設計問題。尺寸主要包括定子的內外徑尺寸、轉子的內外徑尺寸以及轉子結構的選擇；（2）繞組的設計問題；主要是選擇繞組的形式以及所設計的繞組參數，還要調整永磁體的尺寸以及齒槽的尺寸；（3）對磁路的計算，通過電機的等效磁路計算，設計齒槽的尺寸以及調整主要的尺寸；（4）對工作性能的計算。計算額定轉速點的矩角特性以及功率的特性，如果沒有真正的滿足技術的要求，那么就需要重新對尺寸和繞組的參數進行設計；從以上的計算步驟中不難看出，現階段的電動汽車用永磁同步電機設計方法是可以完成相應的設計任務，但是并不能將電動汽車驅動電機的特點明顯的發揮出來，所以說電動汽車用永磁同步電機的設計方法還并沒有完全的成型，還需要進一步的努力。

2 電動汽車用永磁同步電機設計的特點

（1）電動汽車用永磁同步電機的設計是和控制器以及控制策略是聯系在一起的。因為傳統的工頻供電電機大多數情況下都是在額定的轉速下運行的，這種電機并不會考慮到控制策略方面的問題，而所說的電動汽車利用電機較其就有很大的區別，因為它需要按照整個車的運行情況來進行相應的工作，而整車工作狀態的改變還是由整車以及控制器的控制策略來決定的，如果傳統的電機在運行的時候沒有及時的考慮到這一點的話，在進行電機設計的時候就會使最終設計的結果出現一定的誤差，最主要的是傳統的電機運行不考慮這一點也是不符合電動汽車電機運行的真實情況的，所以說電動汽車用永磁同步電機的設計是和控制器以及整個車控制策略是聯系在一起的。

（2）電動汽車用永磁同步電機的設計和整個車的設計是緊密相關的。車在設計的時候留給電機的空間其實是隨著車的設計頻繁調整的，因此就需要我們的研究人員在車鋼開始設計尺寸的時候，就要及時的先設計出空間內電機的實際輸出功率的能力，將車給定的尺寸稱為定子外徑，而現階段所采用的尺寸公式都是定子內徑，所以說研究人員要及時的給出一個尺寸方面的公式，以此來適應電動汽車電機快速計算的相關要求。

（3）電動汽車用永磁同步電機的設計是有很大的計算量的。因為電動汽車用永磁同步電機的工作情況會隨著車倆的實際行駛狀態而出現相應的變化，在計算電機參數的時候，要計算多個工作點的情況，這樣的話，就要求研究人員在電機設計的過程當中，需要找到一種合適的方法，這種方法要能夠及時的體現出電機的特性；

3 電動汽車用永磁同步電機中主要性能的設計

3.1 電機工作性能的計算方法

電機計算的關鍵是其工作性能，這是對電機優化設計方案的基礎，在工頻供電電機的工作性能計算中，向量圖決定了其運行變量，所以在這種設計中會通過給不同的功率變化并且結合電阻參數來計算電機的頻繁而定轉速的，電機的額定運行轉速下的電流和功率等相關性能需要注意工頻供電電機在進行工作時的計算，這需要供電電壓為給定的額定電壓，而電動汽車的驅動電機是不同的，這也就使電機的控制策略和電機的反電設計值不同，因此在電機的實際運行時會出現供電電壓不成為恒定電壓的情況，如果此時還是按照之前的算法進行計算的話是很有可能出現誤差的。

3.2 過載倍數的計算方法

電動汽車用永磁同步電機的過載倍數有兩方面的好處，一方面可以有效的反映出電機的實際過載能力，另一方面還能夠制約電機弱磁擴速比。傳統的過載倍數計算大多是通過計算電機在不相同的轉速下出現的矩角特性，在矩角的特性上找到電機輸出轉矩的最大值，也就是說這一轉矩的最大值就代表了電機的整體過載能力的大小。需要注意的是，有些時候工作人員會用熱負荷來確保電機的發熱值不會超過給定的值，因為熱負荷能夠確保電機的溫度有一個穩定上升的過程，而電動汽車的電機在工作時的運行狀態是隨時都有變化的，更重要的是，電動汽車在計算出電機在給定的負載下，能夠達到極限溫度的最長時間是多少。

4 電動汽車用永磁同步電機的設計方法

（1）對電機主要尺寸的設計。首先要得到電機的大體設計方案，要先能夠滿足整個車頻繁調整尺寸的相關要求。

（2）對額定工作性能的設計。對額定工作性能的設計主要是將電機控制策略引入工作性能的設計中，通過計算電機的實際工作性能來測試其運行狀態，以此來滿足額定設計方案的額定性能指標。

（3）對磁路、繞組以及電路參數的設計。在進行這部分電機電路設計時要確保同步電機與永磁同步電機分開，因其最終成型的電機需要調整的次數較多，所以電動汽車驅動電機的設計方案也需要分開進行設計，只有這樣才能有一個準確的解析計算方法對該參數進行計算，從而提高設計的效率。

（4）通過實際運行情況計算電機性能。以最終從電動汽車的角度出發來優化設計方案，這就需要工作人員要在不同的電機運行狀態下計算出優化設計方案的指標，最終得到一個理想的溫度指標方案。

（5）弱磁擴速比和過載倍數的計算。電機在不同的過載倍數下所達到的極限溫度是不同的，只有在確定電機的額定轉速和最高轉速的過載倍數，才能得到電機帶載的弱磁擴速比，才能將兩項參數拿去進行比對，從而調整設計方案，而這最終能夠得到的也是滿足電機轉速和轉矩指標的可行性方案之一；可以說基于電機控制策略的工作性能計算方法是電動汽車用永磁同步電機設計的一個最基礎性的環節，也是實現電機弱磁擴速比和過載倍數的一個關鍵性的前提。它與傳統的計算方法相比較的話，引入這種控制策略可以有效的提高設計的精度。

參考文獻

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[2] 張飛.地鐵用永磁同步電動機設計中的關鍵技術問題研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2006.