电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析_尚军军

北京力学会第18届学术年会论文集：计算力学

电动汽车轮毂式驱动电机有限元分析

尚军军杨庆生

（北京工业大学机电学院，100124）

摘要：本文确定了电动汽车轮毂式驱动电机的参数，采用了分数槽的方式，有效地减小了

电动机运转时所产生的转矩脉动。利用有限元软件对电动机的磁场进行了分析和计算，在

ANSYS中导入2-D模型，并对该模型进行划分网格、加载、求解，得到永磁直流电机的磁

场磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图等分析结果，说

明了采用分数槽的钕铁硼永磁直流电动机具有磁性能好，磁化均匀，利用率高等优势。

关键词：永磁无刷直流电动机，分数槽，有限元

一、 轮毂式驱动电机的参数选择

通过查阅文献，本文采用适合作轮毂驱动电机的三相永磁无刷直流电动机。从减少电动机的定子齿槽引起的转矩脉动，从而降低电动机运转时产生的噪声的角度出发，采取分数槽技术。分数槽[1]是指电机的每极每相槽数为分数，它提高了槽满率，改善了反电势波形的正弦性，提高了电动机的性能。电机的槽数为51，极数为46，永磁材料为钕铁硼，它的额定数据如表1所示。

表1 轮毂式驱动电机的额定参数

额定功率额定转速额定运行电压额定运行电流最大转矩起动转矩倍数

2.7kw1000r/min 216v 14A 50Nm 5

二、 轮毂电机的有限元分析

首先创建有限元模型[2]。进入偏好设置，选择电磁分析选项中的Magnetic-Nodal, 设置好分析类型。进入前处理器并定义单元类型为Magnetic Vector下的Quad 8 node 53。定义材料属性：空气的相对磁导率值为1，材料编号为1；转子壳材料编号为2，相对磁导率为8000；永磁体材料编号为3，相对磁导率为1.14，磁化方向为X轴正方向，永磁体的矫顽力为755740A/m。电磁场分析模型可用AUTOCAD绘制并生成面域的SAT图形导入。导入后将其转化成ANSYS模型，并显示出来，对其进行布尔操作，使各个不同的面分开。建立局部坐标系，确定永磁体的充磁方向，通过三点在46个磁钢上建立46个局部坐标系。其次，进行网格剖分。给几何图形中各部分分配单元及材料属性，单

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元类型都选用1号单元，材料属性按前面的定义进行选择。将Smart Size调节到2；在shape中选择Quad四边形，使用自由划分free来划分网格。划分结束后退出前处理器并将网格剖分结果模型存储。网格剖分结果如图1所示。然后施加载荷及边界条件。先选择分析类型，本文做的是静态磁场分析，永磁体做磁场激励源，在前面定义材料性质时，已定义了矫顽力的大小和方向，不再需要定义载荷，边界条件施加到空气场两侧。接下来进行求解计算，ANSYS的求解计算是自动完成的。最后是后处理。后处理得到磁场磁力线分布图、磁通密度模值、磁通密度矢量显示图、磁场强度分布图、磁场强度矢量图等，其中磁场磁力线分布图、磁通密度模值、磁场强度分布图分别如图2-图4所示。

图1 网格剖分结果图2 磁场磁力线分布图3 磁通密度模值图5 磁场强度分布

三、 结论

由以上分析可得磁通密度的最大值为2.285T，磁场强度的最大值为942604A/m，与理论计算值基本符合。利用ANSYS进行磁场分不但大大缩短了传统的磁路计算的时间，而且能得到较高的精度，便于磁路的优化设计。采用分数槽的钕铁硼永磁直流电机具有优异的性能，符合电动汽车轮毂电机的要求。

参考文献

1谭建成.三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究[J].微电机,2007；(40):72-86

2邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册,人民邮电出版社，2007