基于MATLAB的電動汽車用永磁同步電機的效率MAP計算

王 昕，何 沖，楊云峰

（南車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

基于MATLAB的電動汽車用永磁同步電機的效率MAP計算

王 昕，何 沖，楊云峰

（南車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

由于永磁同步電機具有功率密度大、功率因數大、效率高等優點，已在電動汽車驅動技術中占據越來越重要的地位。電動汽車在運行中供電續航能力有限，因此降低電機損耗,提高電機高效范圍對電動汽車的運行能力起著至關重要的作用。隨著研究的不斷深入，電動汽車用永磁電機對效率的要求不僅僅局限于額定負載等幾條固定曲線的效率值能夠滿足設計任務，而是越來越多地要求電機在更寬的區域能夠高效率運行。基于這種要求，效率map提供永磁電機在不同轉速和負載下的的效率分布情況。在電機設計階段，效率map可以作為電機設計的重要參考；在運行階段，效率map能夠為負載和轉速的合理配合提供參考。

效率map；永磁電機；電動汽車；MATLAB

電動汽車電機驅動系統除了具有普通電氣傳動的共性外，還應滿足電動汽車特定用途的要求。電動汽車工況復雜，既要能高速運行，又要能頻繁啟動、制動、上下坡、快速超車、緊急剎車。根據電動汽車用電機的特性需求，選用小型輕量的高效電機，對目前電池容量較小，持續行駛里程較短的電動汽車現狀顯得尤為重要。永磁同步電機非常適合電動汽車對驅動系統的要求：①體積小、重量輕，轉動慣量小，功率密度高；②效率高，功率因數高。轉子不需要勵磁電流，沒有轉子銅損耗；③轉矩慣量比大，過載能力強，尤其低轉速時輸出轉矩大，適合汽車的起動加速。

電機效率MAP圖（又叫等高線圖、云圖）是電機測試時生成的一種數據曲線圖，主要是反映在不同轉速、扭矩下的電機效率分布情況。在電動汽車用永磁電機的設計中，電機的效率分布區域以及高效區占總運行區域的比例非常重要。在永磁電機的實際運行中，是否能夠選擇合理的運行區間，使電機運行在高效區域，對于電動汽車也有著很重要的意義。文章針對電動汽車用永磁電機的工作特性，利用MATLAB計算一臺額定功率為80kW的永磁電機的效率map，為電機設計提供參考。

1 主要技術參數和特征曲線

表1為某電動汽車所用永磁電機的主要技術參數。

表1 主要技術參數

圖1為某電動汽車所用永磁同步電機的額定牽引特性，圖2為該永磁電機的峰值牽引特性。

2 永磁電機效率計算

電動汽車用永磁電機損耗主要為銅耗、鐵耗、機械損耗和雜散損耗。其中銅耗和鐵耗在電機損耗中所占比例最高。

圖1 額定牽引特性

圖2 峰值牽引特性

2.1 電機輸出功率

其中，P2為電機輸出功率 kW；pn為電機極對數；T2為電機輸出轉矩N·m；n2為電機轉速rpm；

2.2 銅耗計算

其中，Pcu為定子銅耗kW；I1為定子相電流A；R1為定子相電阻Ω；

2.3 鐵耗計算

其中，PT1,PC1定子齒損耗、定子軛損耗kW；pT1,pC1為定子單位體積齒損耗、定子單位體積軛損耗，根據BT10,BC10按實際所采用硅鋼片查表kW/mm3；VT1,VC1為定子齒體積，定子軛體積mm3；k1,k2：鐵耗校正系數。

2.4 雜散損耗和機械損耗計算

Ps為雜散損耗kW；Pfw為機械損耗kW；pfw為機械損耗系數。

2.5 電機輸入功率

其中，P1為電機輸入功率 kW；

2.6 電機效率

其中，η為電機效率；

3 永磁電機效率MAP

基于MATLAB的某電動汽車永磁電機效率MAP如圖3所示。其中額定點效率值為95.8%。該電機效率值大于80%的區域為總運行區域的81.97%。

圖3 某電動汽車所用永磁電機效率MAP

4 結語

由于永磁電機的功率密度高、效率高、轉矩慣量比大等特性，在電動汽車領域有著廣泛的應用。而效率MAP圖能夠為電機的效率提供直觀地判斷，對電機設計和運行具有參考意義。

[1]唐任遠.現代永磁電機理論與設計[M].北京:機械工業出版社,2008.

[2]陳世坤,電機設計[M].北京:機械工業出版社,2008.

[3]趙海森,羅應眾,劉曉芳等.異步電機空載鐵耗分布的時步有限元分析[J].中國電機工程學報,2010,30(30)：99-106.

OnCalculation ofEfficiency MAP of Permanent Magnet Synchronous MotorofElectromobile based on MATLAB

WANG Xi，HE Chong，YANG Yun-feng
(Hunan Zhuzhou motor co.,LTD.,Zhuzhou,Hunan 412001,China)

Since the permanent magnet synchronous motor features with highpower density,high power factor,high efficiency andother advantagesandisdominating a more and more important positionin respect to the driving technologyofelectromobile.When running,the power supply ofelectromobile is limited,so reducing the loss of motor,improving the of effective range of the electromobile motor is important to the operationability.With the deepening of the research,the demandof electromobilepermanent magnet synchronous motoris not confinedto that the the efficiency valueof thecurve of relatedloadof several fixed curve meetthe designed requirements,but increasingly require the motor in wider areas runswith high efficiency.Based on the requirement,the efficiency map provides the distribution of the efficiencyof permanent magnet motor in different rotatingspeed and load.During the motor design stage,efficiency map can be used as important reference for motor design;In operation stage,efficiency map can provide reference for reasonable matching of load and rotating speed.

efficiency map;Permanent magnet motor;electromobile;MATLAB

TM351

A

2095-980X（2015）02-0037-02

2015-01-18

王昕（1986-），女，山西人，碩士，助理工程師，主要研究方向：電機設計。