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收稿日期

:2003 - 07 - 01

基金项目

:

国家

863

“九五”

重大项目

(863 - Z37 - 03)

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

-

qun

1

, XU Yan

-

liang

2

, XING wei

3

, TANG Ren

-

yuan

3

(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 differ

2

ent rotor structure was analyzed and compared by method of electro

2

magnetic field analysis , then the rotor structure choice method of

PMSM in EV drive was obtained.

Keywords : electric vehicle ( EV ) ; permanent magnet syn

2

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

,

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

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

,

,

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

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 、

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 。

1

 两种结构电感参数比较

磁   体

结构型式

空   载

B

δ

1N

/ T

σ

0

I

d

= 200A ,

I

q

= 0

L

ad

/ mH

B

δ

1d

/ T

I

q

= 200A ,

I

d

= 0

L

aq

/ mH

U

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

,

即前者具有更强的弱磁能力

,

拥有更宽的恒功率调速范围 。由计算的气隙磁密可以看

,

在相同的直轴电流

(

即相同的直轴去磁磁动势

)

用下

,

前者使气隙磁密减少了

62. 1 % ,

而后者只减少

46. 5 %

。对电动汽车 、尤其是电动客车驱动电机来

,

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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