輕型電動汽車外轉子永磁同步電機的設計優化

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輕型電動汽車外轉子永磁同步電機的設計優化

對具有分數槽和集中繞組的外轉子永磁同步電機（PMSM）進行設計優化和配置，并應用于輕型電動汽車。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數槽和集中繞組的4個候選外轉子永磁同步電機，它們具有相同的轉子外徑、轉子背鐵厚度、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化有限元分析的響應窗口縮放法用于最大轉矩密度的綜合電磁優化。此外，在所有候選的永磁同步電機中，銅線圈的能量損耗、轉子渦流損耗和定子鐵芯損耗保持相同。研究發現，定子槽深度和最佳外轉子永磁同步電機有效軸向長度之間存在顯著的相關性。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，以確認最佳候選永磁同步電機。

1kW外轉子永磁同步電機的設計優化根據提出的基于二維參數化有限元分析的響應面窗口縮放法。根據車輛規格的具體要求，通過尺寸分析預先確定了具有20、22、26和28個轉子的4個候選外轉子永磁同步電機，用于進一步性能優化和評估。結果表明，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鍵影響。基于二維有限元分析結果，對4種侯選外轉子永磁同步電機的特性進行綜合研究，包括轉矩脈動、PM磁鏈、反相EMF、電感、相電阻、速度、功率因數和效率圖，以揭示轉子極數對外轉子永磁同步電機性能的影響。最終選擇優化出具有26個轉子的永磁同步電機，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