新能源汽车电机研究及应用.pdf

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1、新能源汽车电机研究及应用王群京1，2一，钱拮1，王安邦1，温旭1(1．安徽大学，合肥23060l；2．高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室-合肥230601：3．工业节电与电能质量控制安徽省级协同创新中心，合肥230601)摘要：阐述了新能源汽车对电机的基本要求，并对一种新型混合动力电机电磁设计、结构设计、散热、结构强度和模态展开分析探讨。关键词：新能源汽车：永磁同步电机；混合动力汽车；电机设计0引言随着汽车工业的不断发展及汽车保有量的快速增加，能源短缺和环境污染日益严重。人们对更清洁、更环保、来源更丰

2、富的新动力展开了研究探索。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。主要包括燃气汽车、燃料电池电动汽车、纯电动汽车、氢能源动力汽车、太阳能汽车、混合动力汽车(油气混合、油电混合)及其他新能源汽车灯，与传统汽车相比，废弃排放量及污染低⋯。电动汽车作为新能源汽车的主要构成部分，以电驱动为基础，不仅在能源、环境等方面具有独特的优越性和竞争力，而且能够利用现代控制技术实现机电一体化目标

3、，因而有着广阔的发展前景。电机作为动力输出的执行单元成为研究的热点。考虑复杂环境、高功率要求和宽调速范围的电机设计成为研究的重点。1新能源汽车驱动电机基本性能要求瞳卅新能源汽车用电机在满足汽车行驶时对扭矩的要求，还需要考虑行驶舒适性、环境适应性和单次充电续航里程等要求。同时应用于混合动力汽车的电机，需要安装在汽车动力总成内狭小的空间内，其工作环境(高温、散热条件差、耐油腐蚀等)比普通电机恶劣的多。所以此类电机比普通工业用电机具有更加严格的技术规范及性能要求，在性能方面主要要求如下I’”。(1)调速范围宽。低速

4、时，电机输出扭矩高，满足汽车启动、加速、负载爬坡等要求，即使没有变速器，电机本身也能够满足所需要的低扭特性。高速时，输出恒定功率，满足普通路面高速运行和超车要求。(2)效率和功率密度高。在较宽的转速和转矩范围内具有很高的效率，功率密度高可降低车重，均可提高行驶里程。电动汽车用电机的体积、重量仅为工业用电机的l／3—1／4。(3)瞬时功率大，过载能力强。保证电机具有4—5倍的过载能力，保证汽车短时加速和最大爬坡度的要求。(4)电机质量轻、体积小。尽可能采用铝合金外壳减小整车质量。(5)高可靠性。在任何情况下都需

5、要保证汽车具有较高的安全性和良好的抗振性能。(6)电压高。在允许的范围内尽可能采用高电压输出，减小电机和导线尺寸。同时，需要结合整车、逆变器及安全性等综合考虑。(7)环境适应性高。需要保证汽车行驶在不同区域环境内，电机能够正常工作，具有较好的耐高温、耐潮湿能力。(8)能量回收效率高。保证汽车在减速过程中高效回收能量，提高能量利用率和续航里程。(9)其他。结构简单可靠、价格低廉便于普及、成产成本低，运行维护方便。2新型混合动力汽车电机设计探讨与传统汽车相比，混合动力汽车采用发动机和电机协同工作的模式，有效减小了

6、燃油消耗和污染物排放，同时与纯电动相比，不受续航里程限制，因此成为目前新能源汽车研究与开发的重点之一。随着技术的不断发展至今，目前新能源电机采用的驱动电机有四大类：直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。各种系统具有各自的优缺点，其中永磁同步电机以无可比拟的转矩密度、效率及调速范围宽等优势，在绝大多数新能源汽车中得到了很好的应用。但对于混合动力驱动系统中的单轴并联式ISG混合动力驱动电机，由于安装空间有限，功率密度要求高等要求，永磁同步电机成为首选。同时ISG混合动力汽车只需要对内燃机做简单改造实

7、现混合动力技术，改造成本低，容易批量生产。目前国外较成熟的此类产品有本田Ilv执系统等。本文就一台峰值功率20kw(大于10秒)，最高转速5500倒n和最大扭矩为150N·m的单轴并联式ISG混合动力驱动电机设计进行探讨。(1)电机电磁设计为了有效减小ISG电机尺寸，从电机设计角度，必须提高线负荷么和气隙磁密风。由于电机轴向尺寸限制，电机必须采用集中式绕组，同时定子也采用拼块式结构进行组装。转子永磁体由于转子结构限制，仅能采用“一”字形结构。所设计的分数槽集中绕组电机由于转矩脉动较大，为了有效削弱电机转矩脉动

8、，电机转子采用多段错极结构。在初步电磁结构参数的基础上对电机进行有限元分析，分别对电机齿槽转矩、空载反电势、空载损耗、永磁体退磁风险、最大转矩及转矩脉动情况、拖曳转矩及电流、电机外特性和效率MAP进行了初步分析。一⋯孟盎。犷—、矿—i盏镐i斋赢玉～赢赢’淼☆i占南赢图11000“min时齿槽转矩．2．图2不同转速对应的反电势(咖s){b；i，品1孟：品妊看；r0订—i”_i盍F—蟊i—i凶图3空载损