電動汽車用永磁同步電機設計

徐斌

摘 要：近年來，環境污染與能源問題引起了人們的廣泛關注。永磁同步電機具有功率密度高、調速范圍廣、效率高、尺寸小等優點，在電動汽車中應用前景廣闊。該文通過分析電動汽車對驅動電機性能的要求，研究電動汽車用永磁同步電機的結構與工作原理，設計出電動汽車永磁同步電機設計方案。選擇合適的磁路結構，估算出滿足汽車性能要求所需要的電機基本參數與尺寸。

關鍵詞：電動汽車；永磁同步電機；永磁

1 電動汽車對驅動電機性能的要求

電動汽車運行工況多變復雜，因此對驅動電機的性能、尺寸都有相應的要求：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鍵因素，為了提高汽車的續航里程，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矩，在設計中可選取較大的過載系數。④為了增大汽車車內空間、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計

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

2.1 轉子磁路結構選擇 轉子磁路結構對永磁同步電機的驅動性能產生很大影響，是電機設計階段首先要考慮的問題。隔磁橋能有效控制磁漏系數的大小，因此合理設計隔磁橋很重要[1]。磁漏系數小電機的抗去磁能力減弱，磁漏系數大所需永磁體量就多。因此需要對電機的磁路結構進行合理設計以滿足電動汽車對驅動電機的要求。

不同的磁路結構對電機的電感參數影響很大，主要根據永磁體布置與轉子位置不同分為表面置式與內置式，如圖1所示。由于永磁體內置式切向式永磁同步電機轉矩輸出能力比其他電機強、調速范圍寬、結構緊湊、運行可靠。因此選用該種結構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、空氣的風阻力，同時也會受到加速阻力、爬坡阻力。根據汽車行駛方程式

3 永磁同步電機參數與尺寸的確定

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

為了達到電機的性能指標要求，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。所需參數見表2。

確定電機估算結果如表3。

4 小結

文章首先介紹電動汽車不同運行狀況對電機的要求，根據要求來確定永磁同步電機的性能參數，以滿足電動汽車的要求。根據目標參數綜合分析比較后確定轉子結構為內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初選數值。

參考文獻：

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

[2]代穎.電動車驅動用永磁同步電機的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2004.

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

[4]程福秀，林金銘.現代電機設計[M].機械工業出版社，1993.

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