电动汽车用内置式永磁无刷直流电机设计研究

刘建林　冯垚径　高磊　杨凯

摘要：设计一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机，分析气隙尺寸、永磁体厚度、定子绕组匝数等主要结构参数对电机效率、转矩电流比的影响，针对电动车辆复杂的工况对比分析不同负载率下电机的运行性能，完成优化样机研制及测试.研究结果表明：在机械加工能力允许的前提下，适当减小气隙长度可提高电机低速区性能；在兼顾成本的同时，适当增加永磁体用量可提升电机整体性能；适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能，但会导致低速区的转矩电流比下降.电机在额定负载时整体效率最高，说明设计方案对额定点的选取合理；转矩电流比随负载率的增加而增大，分析认为这与输出转矩中的磁阻转矩分量有关，这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别，设计需要特别注意.样机测试结果表明：恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求.

关键词：永磁无刷直流电机；转矩电流比；负载率；内置式

中图分类号：TM315 文献标识码：A

稀土永磁无刷直流电机是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机，具有体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点[1-2]

5优化样机及测试

根据关键参数、负载率等因素对电机性能的影响结果，对样机设计方案进行了优化.主要的设计参数优化结果如表4所示.

6结论

1） 设计了一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机，并分析了电机的主要结构参数对效率、转矩电流比的影响.在机械加工能力允许的前提下，适当减小气隙长度可提高电机低速区性能；在兼顾成本的同时，适当增加永磁体用量可提升电机整体性能；适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能，但会导致低速区的转矩电流比下降.

2） 分析了不同负载率下电机的性能.电机的效率在轻载时较低，重载时较高，额定负载时电机整体效率最高，说明设计方案对额定点的选取合理；转矩电流比随负载率的增加而增大，主要是由于输出转矩中存在着与电流成平方正比关系的磁阻转矩分量导致的，这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别.

3） 根据优化设计方案研制了样机并完成性能测试.测试结果表明，样机在恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求，样机综合性能符合应用需要.

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