在電動汽車上應用的磁阻式同步電機的設計

電動汽車的普及對未來的節能減排有著至關重要的作用，而電動機是電動汽車的關鍵技術之一，電機的性能好壞直接影響著電動汽車的整體經濟性和動力性?，F在大部分電動汽車使用永磁同步電機，但是永磁體中的稀土資源緊缺，導致成本大幅度增加。本文致力于開發一種不含稀土的同步電機，并進一步改善電機的性能：增加功率密度，提高效率等。

對磁阻式同步電機的設計與開發，采用模塊化方法，主要分為以下四部分：定子繞組設計、電磁和機械設計、電力電子硬件設計、集成散熱設計。針對定子繞組設計，為了選擇磁阻式同步電機的最佳繞組拓撲結構，分析了三種不同的電線解決方案：具有矩形橫截面的“實心”線；直徑約1mm的“圓”線；直徑約0.15mm的“細線束”，根據其效率和制造復雜度等標準進行了評估，確定使用并聯兩條實心線來設計定子繞組。在電磁和機械設計中，為了最大化功率密度和電機效率，將無稀土的低成本永磁體插入到磁阻式同步電機的轉子磁通屏障中，保證了在弱磁區域中提供足夠的扭矩并增加了整體功率因數。將高度集成化的逆變器與電子電力器件進行了很好的結合，同時為了熱交換最大化，找到最佳的驅動布局（電機-逆變器位置）和外殼形狀（散熱片分布和尺寸），進行三維CFD模擬，對不同的布局和幾何形狀進行了數值模擬和測試。

通過測試，設計的磁阻式同步電機功率超過設計目標的17%，在3,700rpm時最大扭矩為133N·m，最大功率為49.7kW，峰值效率高于96%等良好的性能。磁阻式同步電機的開發很大程度上會推動電動汽車的普及與電動化。