輕型電動汽車外轉(zhuǎn)子永磁同步電機的設(shè)計優(yōu)化

新能源汽車

輕型電動汽車外轉(zhuǎn)子永磁同步電機的設(shè)計優(yōu)化

對具有分?jǐn)?shù)槽和集中繞組的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機（PMSM）進行設(shè)計優(yōu)化和配置，并應(yīng)用于輕型電動汽車。基于剛性空間范圍限制和車輛所要求的性能，通過對初始電機尺寸分析確定了具有分?jǐn)?shù)槽和集中繞組的4個候選外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，它們具有相同的轉(zhuǎn)子外徑、轉(zhuǎn)子背鐵厚度、永磁體厚度、氣隙長度和磁極圓弧寬度比。提出將基于二維參數(shù)化有限元分析的響應(yīng)窗口縮放法用于最大轉(zhuǎn)矩密度的綜合電磁優(yōu)化。此外，在所有候選的永磁同步電機中，銅線圈的能量損耗、轉(zhuǎn)子渦流損耗和定子鐵芯損耗保持相同。研究發(fā)現(xiàn)，定子槽深度和最佳外轉(zhuǎn)子永磁同步電機有效軸向長度之間存在顯著的相關(guān)性。最后，對4個候選的永磁同步電機性能特征進行全面評估和比較，以確認(rèn)最佳候選永磁同步電機。

1kW外轉(zhuǎn)子永磁同步電機的設(shè)計優(yōu)化根據(jù)提出的基于二維參數(shù)化有限元分析的響應(yīng)面窗口縮放法。根據(jù)車輛規(guī)格的具體要求，通過尺寸分析預(yù)先確定了具有20、22、26和28個轉(zhuǎn)子的4個候選外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，用于進一步性能優(yōu)化和評估。結(jié)果表明，定子槽深度和有效軸向長度對電機的損耗分布以及電機的性能具有關(guān)鍵影響。基于二維有限元分析結(jié)果，對4種侯選外轉(zhuǎn)子永磁同步電機的特性進行綜合研究，包括轉(zhuǎn)矩脈動、PM磁鏈、反相EMF、電感、相電阻、速度、功率因數(shù)和效率圖，以揭示轉(zhuǎn)子極數(shù)對外轉(zhuǎn)子永磁同步電機性能的影響。最終選擇優(yōu)化出具有26個轉(zhuǎn)子的永磁同步電機，與市場銷售的電機相比，其具有明顯的高扭矩密度和高效率的優(yōu)點，可以滿足人們對車輛性能的要求。未來的工作將涉及電機的制造和試驗驗證。

刊名：Renewable and Sustainable Energy Reviews（英）

刊期：2017年第67期

作者：Patrick Chi-Kwong Luk et al

編譯：谷盛豐