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
,
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
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
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
电
动
汽
车
驱
动
用
永
磁
同
步
电
动
机
转
子
结
构
选
择
12