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电动汽车驱动用永磁同步电动机转子结构选择
许家群1 ,徐衍亮2 ,邢 伟3 ,唐任远3
( 1. 清华大学,北京100084;2. 山东大学,山东济南250061;3. 沈阳工业大学,辽宁沈阳110023)
Rotor Structure Choice of Permanet Magnet Synchronous Motor in EV drive
XU Jia - qun1 , XU Yan - liang2 , XING wei3 , TANG Ren - yuan3
(1. Tsinghua University , Beijing 100084 ,China ;2. Shandong University ,jinan 250061 ,China ;
3. Shenyang University of Technology , Shenyang 110023 ,China)
摘 要:应用电磁场分析方法比较了具有不同转子结构
的电动汽车用永磁同步电动机磁阻转矩的有效利用、弱磁能
力及永磁体的抗失磁能力,从而得到电动汽车用永磁同步电
动机的转子结构选择方法。
关键词:电动汽车;永磁同步电动机;转子结构
中图分类号:TM341 文献标识码:A
文章编号:1004 - 7018( 2004) 03 - 0012 - 02
Abstract :The capability of reluctance torque utilization , field -
weaken and resisting permanent magnet loss about PMSM with differ2
ent rotor structure was analyzed and compared by method of electro2
magnetic field analysis , then the rotor structure choice method of
PMSM in EV drive was obtained.
Keywords : electric vehicle ( EV) ; permanent magnet syn2
chronous motor (PMSM) ; rotor structure
1 引 言
电动汽车电驱动系统是保证整车动力性的关键,应
具有尽可能高的转矩密度、良好的转矩控制能力、高可靠
性及在宽车速范围内的高效率。
目前,在电动汽车电驱动系统中,永磁同步电动机
(PMSM) 系统以其高效、高控制精度、高转矩密度、良好的
转矩平稳性及低振动噪声的特点受到国外电动汽车界的
高度重视,是更具竞争力的电动汽车驱动电机系统[1 - 3] 。
而且,中国拥有占世界80 %储量的稀土资源,发展永磁电
机作为电动汽车牵引电机具有得天独厚的优势。
电动汽车驱动用PMSM的高转矩密度要求使其转子
磁体结构不同于其他用途的PMSM[4 - 5] 。为充分利用电
机的磁阻转矩、提高弱磁扩速能力及机械强度,电动汽车
用PMSM宜选用内置式磁体结构。为增大PMSM 的转矩
密度,应加大永磁体用量,显然径向矩形磁体结构是不适
宜的。在其它磁体结构如瓦片型结构、V 型结构、U 型结
构及切向结构中,V 型结构及切向结构可看作U 型结构
的特例,因此电动汽车用PMSM 的磁体结构型式可认为
只有瓦片型结构及U 型结构,如图1 所示。
本文对上述内置式磁体结构进行分析比较,以确定
适合电动汽车驱动用PMSM的磁体结构选择原则。由于
PMSM最大交轴电流时的交轴电感在一定程度上决定着
电机磁阻转矩的大小,而最大直轴电流时的直轴电感决
定着电机的弱磁调速能力,同时最大交直轴电流时的电
枢反应对永磁体的作用影响着电机的稳定可靠运行,因
此,两种磁体结构的比较基于上述三者的对比。为使其
更具有可比性,以轻型客车用7. 5 kW PMSM为例,调整磁
体宽度及隔磁桥尺寸,保证两种结构电机具有相同的空
载电动势(即相同的空载基波磁密和基波磁通) 和空载漏
磁系数,而且两种结构定子相同。
(a) 瓦片型结构 (b)U 型结构
图1 电动汽车用PMSM转子结构型式
2 交直轴电感参数及凸极率比较
电动汽车用PMSM存在明显的磁路局部饱和及交直
轴磁路耦合问题,造成用路的方法难以准确计算出交、直
轴电感[6] 。本文使用二维电磁场软件计算出的交、直轴
电感参数,如表1 所示。
表1 两种结构电感参数比较
磁 体
结构型式
空 载
Bδ1N/ T σ0
Id = 200A , Iq = 0
Lad/ mH Bδ1d/ T
Iq = 200A , Id = 0
Laq/ mH
U 型0. 863 1. 329 0. 39 0. 327 0. 23
瓦片型0. 838 1. 327 0. 33 0. 448 0. 175
可以看出, U 型结构电机最大直轴电流时的电感是
瓦片结构的1. 18 倍, 即前者具有更强的弱磁能力, 可
拥有更宽的恒功率调速范围。由计算的气隙磁密可以看
出, 在相同的直轴电流(即相同的直轴去磁磁动势) 作
用下, 前者使气隙磁密减少了62. 1 % , 而后者只减少
了46. 5 %。对电动汽车、尤其是电动客车驱动电机来
说, 尽管可不需很大的恒功率调速范围, 但降低弱磁直
轴电流就意味着有更大的交轴电流用以提供有功功率。
由表1 还可以看出,U 型结构电机不但具有比瓦片型
结构电机更大的最大直轴电流时的直轴电感,也具有更
大最大交轴电流时的交轴电感,这是因为两种结构电机
具有不同的交轴磁路结构,如图2 所示。但这并不表明U
型结构电机的凸极率就比瓦片式电机大,实际上,交轴电
D 设计分析
esign and analysis 微特电机 2004 年第3 期
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发表于 2010-4-19 09:00
显身卡
发表于 2010-7-29 09:25