电动汽车用永磁无刷直流电机的有限元分析 

    摘要：设计了一种电动汽车用永磁无刷直流电机，采用外转子结构，其目的是嵌在汽
车的轮毂内以实现直接驱动，而不需齿轮传动装置，可以实现低速、高转矩、高效率、变速
运行。文中着重叙述用 Ansys 软件对该种电机的磁通、磁感应强度以及转矩进行有限元分

 

析。

    1

   

　引 言

    电动汽车公害少，节约石油消耗，结构简单，维修容易，使用寿命长，受到世界各国
的青睐。永磁无刷直流电动机与相同功率的其他类型的电动机相比，体积小，质量轻，在
质量、效率、价格等方面有相当明显优势，永磁无刷电动机没有电刷和滑环等零件，结构
更简单，性能更可靠，环境适应性好，更加适合作为电动汽车的驱动电动机。由于一般采
用方波供电，在相同的峰值电压和峰值电流下，方波电流和方波磁场相互作用产生的转

 

矩要大，所以永磁无刷电动机可以输出较大的电磁转矩。

    随着电子技术与控制技术的迅速发展，如果将电动机直接安装在汽车的轮毂内，通过
电气控制实现调速和直接驱动（2 轮或 4 轮），则汽车内可以省去复杂的齿轮变速使动机
构，汽车结构大为简化，质量大为减轻。世界先进国家已将其作为发展方向，开展研究，

 

有的国家已研制成样机。

    但是，由于轮毂内径的限制，永磁电机的体积受到限制，而又要产生较高的转矩，这
就给电机的设计带来一定的难度。而且，永磁无刷直流电机的设计，既不能简单地套用永
磁同步电动机的方法，也不能简单地套用直流电动机的方法。要根据特点，寻找一种较为
准确的设计方法。在此，采用了磁路计算与磁场分析相结合的设计方法对三相永磁无刷直
流电动机进行了研究。

    2

 

　电机电磁计算

    根据我们所编制计算程序，对 1 台 8kW、12

 

极外转子无刷直流电机进行了设计计算。

    2.1

 

　基本输入数据

    额定输出功率：PN＝8 000W 
    额定转速：nN＝685r／min 
    电枢外径：Da＝0.31m 
    电枢内径：D0＝0.08m 
    槽数：Q＝45 
    剩磁密度：Br＝1.05T 
    矫顽力：Hc＝800kA／m 
    相数：m＝3 

    2.2

 

　计算结果