车用永磁同步电机关键技术.pdf

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1、车用永磁同步电机设计曹红飞2016年9月公司介绍中国航天科工集团公司海鹰集团24%Since2011华域汽车系统股份贵州航天工业有限有限公司责任公司60%16%（+技术人员）公司介绍电力电子箱电机电机绕组及制作两项专利技术模糊化高精度控制高功率密度可达3kW/kg高容错率和高适应性内嵌式永磁体及高激磁能力转子软件架构参照AUTOSAR标准转子斜极技术高次谐波补偿技术螺旋水道冷却高集成度,一芯控多机全球领先的绝缘体系接地层独立设计“扁铜线”工艺控制器双向逆变能力目录•电机磁

2、场及永磁同步电机工作原理•车用驱动电机的主要性能参数•车辆对主永磁同步电机的特殊要求•永磁同步电机的磁路结构•永磁同步电机相关设计参数及取值•永磁同步电机的仿真手段•永磁同步电机的设计输出参数一、电机磁场及工作原理1定义1.1磁通φ定义:在一定截面内通过的磁场回路（磁力线）总数，单位WB，表征磁场大小的物理参数，类似于电路中的电流。B/S1.2磁通密度(简称磁密）B定义:1.磁场和电场都是能量的一种表现单位截面积内通过的磁通，单位T，表征形式，且同时存在相互依存。磁场强弱的物理参数，类似电流密度

3、。注：2.磁场和电场不在同一在物理时空矢量相互垂直。B=H/u3.电场只要存在就有能量变化，而磁场只有变化才有能量变化。1.3磁场强度H定义：磁场强度描写磁场性质的物理量，它表征了磁场的源泉的强弱，与磁场环境无关。目前行业内所使用的电机仅H=I*N=B/u需要磁场和电路知识，不需要电场的专业知识。一、电机磁场及工作原理1.1电磁力原理同性相斥异性相吸条件a通电导体和其所在磁场的作用力？b两个磁场的相互作用？1.2发电原理•导体切割磁力线？•导体处于变化磁场环境？1.3永磁同步电动机工作原理：定子通交

4、流电后产生旋转磁场，该旋转磁场吸引转子磁场，使转子跟随定子磁场旋转。一、电机磁场及工作原理•永磁同步电机扭矩组成根据唐院士编著的《现代永磁同步电机》，可知永磁同步电机的输出扭矩来源于磁钢扭矩和磁阻扭矩，如下式所示：T=Pn*Φ0*iq+Pn*(Ld-Lq)*id*iq由于内嵌式永磁同步电机（IPM)的交直轴电感具有明显差异，因此IPM电机天生具备产生较大磁阻扭矩的条件。因此，目前包括汽车驱动电机在内的永磁同步电机越来越多的采用了IPM方案。*磁阻扭矩对电机系统的影响:a.相同的电机反电势系数下，实现

5、相同的扭矩可以减小电机的PSM相电流，有利于提高电机低速大扭矩情况下的效率，还为降低控制器主要器件成本创造条件。b.在相同的控制器硬件条件下，高磁阻扭矩电机比低磁阻扭矩电机具备更高的空载转速，有利于提高电机高速小扭矩的工作效率，IPM改善电磁噪音，提高了电机系统的调速范围。二、车用驱动电机的主要性能参数及解读序参数名称设计解读号1额定电压应考虑交流值，及电压利用率满功率输出最低工作电压2最大直流电流应该结合控制器的IGBT能力最大工作相电流3峰值扭矩对于商用车客户可能的是堵转扭矩值4峰值功率应该明确

6、是什么转速下的峰值功率5额定功率/扭矩应该考虑峰值转速下的额定功率6最高工作转速包括了最高工作转速下的功率最高转速下的反电势最高转速下的机械应力7NVH低齿槽扭矩和负载反电势谐波8效率高效区和客户需求的重合三、车辆对主驱电机的性能发展趋势更高功率密度更低制造成本更易集成性能趋势更宽调速范围&新材料新工艺技术趋势新应用新原理四、IPMSM磁路结构4.1常用磁路结构“V”型磁路结构“V+一”型磁路结构“双V”型磁路结构“一”型磁路结构•优点：•优点：•优点：•优点：a.结构工艺相对简单；a.具备聚磁效果

7、明显，可a.具备聚磁效果明显，可a.结构工艺简单；b.具备聚磁效果控；控；b.对极漏抗有良好的抑制c.电枢反应交轴回路通道b.极漏抗得到约束b.磁阻扭矩较“V”大能力；增宽c.磁阻扭矩较“V”大c.适用于渗镝或渗铽工艺。c.特别适用于对转子内外径缺点：d.适用于渗镝或渗铽工艺。缺点：尺寸有要求的场合。a.极漏抗大缺点：a.磁钢加工与装配工艺复•缺点：b.不适用于转子厚度苛刻a.设计不合理易出现局部杂。a.永磁体没有出现聚磁效果的场合。退磁。b.不适用于转子厚度苛b.电枢反应交轴回路通道单•适合匹配的

8、绕组结构b.不适用于转子厚度苛刻的场合。一，不利于磁阻扭矩提高。分布绕组（TM)。刻的场合。•适合匹配的绕组结构•适合匹配的绕组结构•适合匹配的绕组结构分布绕组（TM)。集中绕组（ISG)。分布绕组（TM)。四、IPM磁路结构4.2车用永磁同步电机磁路结构发展趋势高功率密度、低材料损耗、高速旋转、控制灵活a.适应高磁阻扭矩b.满足电机和变速c.新型磁钢工艺或性能和低磁钢消耗箱一体化需求，追求高性能硅钢片材料的转子尺寸的薄型设计。发展。•多层磁钢布置d.迎合创新控制策略