50kW电动汽车永磁同步电动机电磁设计

LOGO
第三部分 永磁同步电动机的仿真分析
3.1永磁同步电动机空载磁场的有限元分析
0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
0
XY Plot 2
Maxwell2DDesign1 ANSOFT
0.75
Curve Info
BR Setup1 : LastAdaptive
0.50
1.25
0.63
XY Plot 1
Maxwell2DDesign61A ANSOFT
Curve Info
Br Setup1 : LastAdaptive
Br
0.00
-0.63
1.5 1
0.5 0
-0.5 -1
-1.5 0
电机空载磁场分布
20
40
60
80
100
120
空载气隙磁密傅里叶分析
-1.25 0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
Distance [mm]
电机空载气隙磁密分布
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
140
1
3
5
7
9
11
13
空载气隙磁密频谱分析
由上图得到Bd1 0.37T。
LOGO
根据公式3.1同样仿真并计算出不同直轴电流时的直轴电枢反 应电感，并且与实验结果进行比较，其比较结果见下表。
在电机主要尺寸基本确定以后，我们以永磁同步电动机的极 弧系数和永磁体厚度作为优化变量，以气隙磁密、齿槽转矩和永 磁体面积作为优化目标，优化结果如下。
平均气隙磁密T 齿槽转矩Nm
永磁体面积mm 2
优化前 0.75 2.855 288
优化后 0.62 0.95 216
通过比较，可以明显的看到优化后的齿槽转矩有了明显的 下降，气隙磁密比优化前也有了一定程度的降低。上表表明： 永磁体面积也有了明显的下降，节省了材料，降低了成本，优 化效果明显。
在电机大体结构尺寸确定后，在这里我们以磁路的方法对 三个极槽配合方案：8极36槽、8极48槽以及8极60槽进行优 化。
8极36槽 8极48槽 8极60槽
效率 92.65% 95.19% 93.96%
输出功率（kW） 额定转矩（Nm）
50.352
198.94
50.070
198.95
50.512
199
LOGO
LOGO
2.1.2 永磁同步电动机的工作特性
（1）转矩纹波小，转速平稳，动态响应快速准确，过载能力强。 （2）高功率因数、高效率。 （3）体积小、重量轻。 （4）结构多样化，应用范围广。 （5）可靠性高。
LOGO
2.2 RMXPRT软件简介
RMXPRT是基于磁路法的旋转电机专业设计软件，能加快电 机的设计和优化过程。通过RMXPRT，用户能快速地对成百上千 种设计方案进行评估，并可对预选方案进行优化设计。
LOGO
2.3.2 电机电磁设计注意事项
（1）电机铁心的磁通密度不宜过高或过低； （2）电机线圈的电流密度不宜过大或过小； （3）电机的槽满率不宜过高或过低； （4）槽形边缘不要有尖角； （5）电机槽形的设计尽可能选用平行齿梯形槽； （6）尽量用圆底槽代替平底槽； （7）电机铁心槽口宽度不宜过大； （8）定子槽数不要太多或太少； （9）避免选用过大或过小的气隙。
I d (A)
33
42
52
61
实验结果 L ad (mH)
140
1
空3 载气5隙磁密7 频谱9 分析11
13
由上图得到 B010.78T。
LOGO
3.2 基于有限元的永磁同步电动机同步电感参数计算 直轴电枢反应电感计算公式：
La d2Nqk1lB0I1d Bd1
3.1
交轴电枢反应电感计算公式：
Laq
2
Nkq1l
Baq1 Iq
3.2
LOGO
直轴电枢反应电感的有限元分析
（1）通直轴52A电流时仿真图：
XY Plot 1
1.25
0.63
Maxwell2DDesign52A ANSOFT
Curve Info
Br Setup1 : LastAdaptive
Br
0.00
-0.63
1.5 1
0.5 0
-0.5 -1
-1.5 0
电机空载磁场分布
20
40
60
80
100
120
空载气隙磁密傅里叶分析
LOGO
2.3 永磁同步电动机设计过程与结果
2.3.1 电机设计的任务和主要内容 电机设计的任务是根据用户提出的产品规格（如功
率、电压、转速等）、技术要求（如效率、参数、温升 限度等），结合国家的相关标准和生产工艺情况，运用 有关的理论和计算方法，设计出性能好、体积小、结构 简单、运行可靠、制造和维护方便的产品。
LOGO
2.3.3 场路结合的电磁设计
初定电机尺寸， 转速n，电压u等
重新选取电机 尺寸
N
磁路法计算 （Rmxpt）
交直轴同步电感， 电磁负荷等
性能满足 要求吗？
Y 完成设计
LOGO
2.3.4 若干方案的提出及最佳方案的确定
电机大体结构尺寸: 功率50kW、频率50Hz、电压290V 、定子槽数48、定子外径269mm、定子内径161.9mm、硅 钢片材料为DW310_35、铁心长度84mm、转子外径 160.5mm、转子内径111mm、永磁体材料NdeF31、永磁 体厚度为8mm、每槽导体数为8。（参考丰田PRIUS2004）
50kW电动汽车永磁同步电动机电磁设计 LOGO
论文的结构和主要内容
第一部分 绪论 第二部分 永磁同步电动机的电磁设计 第三部分 永磁同步电动机的仿真分析
LOGO
LOGO
LOGO
第二部分 永磁同步电动机的电磁设计
2.1 永磁同步电动机的结构、原理与特性
2.1.1 永磁同步电动机的结构
三相永磁同步电动机结构图
-1.25 0.00
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
140
0 1
20.00
40.00
60.00
80.00
Distance [mm]
100.00
120.00
140.00
电机空载气隙磁密分布
3
5
7
9
11
13
空载气隙磁密频谱分析
由上图得到Bd1 0.43T。
LOGO
（2）通直轴61A电流时仿真图：
0.25
BR
0.00
-0.25
-0.50
电机空载磁场分布
空载气隙磁密傅里叶分析 20
来自百度文库
40
60
80
100
120
-0.75 0.00
0.8
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
Distance [mm]
电机空载气隙磁密分布
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0