新能源汽车驱动用永磁同步电机转子磁钢拓扑结构优化设计_吴煌辉.pdf
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1、 年第期第 卷(总第期)()新能源汽车驱动用永磁同步电机转子磁钢拓扑结构优化设计吴煌辉,黄松海,吴顺海(湖南中车尚驱电气有限公司,湖南株洲)摘要针对某款新能源汽车用永磁同步电机采用“”型转子磁钢拓扑结构存在 转矩脉动大、电磁噪音振动大,制造成本高等问题,通过将原方案转子冲片磁钢“”型结构优化设计为“”型拓扑结构,基于仿真对比分析了两转子磁钢拓扑结构分別不同工况下的 电机性能,仿真结果表明,“”型转子磁钢拓扑结构能有效降低电机转矩脉动,优化性能。关键词永磁同步电机;转矩脉动;“”型拓扑;性能:中图分类 号:文献标识码:文章编 号:(),(,),“”,“”“,?;引言新能源汽车是可持续发展和建设社
2、会低碳的节能和环保手段,受到世界各国的高度重视,我国政府也将新能源汽车列入战略性产业之一。伴随着社会的发展,汽车驾驶的舒适性也提出了更高的要求,噪音、振动、舒适感 指标在汽车行业竞争中尤为重要;驱动电机作为新能源汽车的核心部件,对汽车的各方面性能都起着至关重要的作用。驱动电机转子磁钢拓扑结构主要有“一”型,“”型,“”型,“”型等,这几种不同的转子磁钢拓扑结构有各自所适用的运行工况。其中,转子“”型磁钢拓扑具有凸极率大,弱磁扩速能力强等优点被广泛应用。但同时该结构也存在结构刚度较差,易产生较大的电磁振动噪音等问题。目前,关于新能源汽车用永磁同步电机转子磁钢拓扑结构研究 文献较多。文献 以降低传
3、统内置式永磁同步电机转矩脉动为出发点,采用折线形永磁体,转子铁心表面采用分段圆弧结构,并用法对关键参数寻优,仿真结果表明方法有效降低了输出在转矩脉动。文献对永磁电机采用型结构的 电磁性能和振动噪 音特性进行了分析,并通过优化原型磁钢拓扑结构仿真及试验验证,有效降低了电机振动噪音。文献通过采用转子分段斜极和转子开辅助槽的方法来削弱电磁振动引起的 电磁噪音,并样机试验验证降低了阶倍频电磁噪音。综上,关于新能源新汽车用永磁同步电机转子结构文献中,都仅仅对单一的磁钢拓扑结构进行设计说明,并没有进行多方面的对比优化设计。()年第期第卷(总第期)()反电势波形图电机转子结构斜极方法齿槽转矩大小“”型磁钢斜
4、极“”型磁钢数据表明,本文设计的转子“”型磁钢拓扑结构齿槽转矩比“”型结构降低了。空载反电势计算对电机空载反电势波形趋于正弦化设计,减小电机负载转矩脉动率,均有利于降低电机噪音。表电机主要制造材 料用量“”型“”型石圭钢片重量()线圈重量()磁钢重量()仿真分析本文使用有限元电磁计算软件分别创建永磁同步电机用两种转子磁钢拓扑二维有限元瞬态模型。其中,二维瞬态模型中电机铁心长、并联路数、每槽导体数,网格的剖分,计算时间步长均保持一致,分别对比永磁同步电机采用不同转子磁钢拓扑结构在不同工况下的性能。齿槽转矩计算永磁电机齿槽转矩定义为电机不通电时的磁场能量呎对定转子相对位置角的负导数,即 为式()转
5、矩波动包含齿槽转矩和脉动转矩两部分,根据文献,削弱齿槽转矩方法主要有定子斜槽、转子分段斜极、改变极弧系数等。本文分别对不同的磁钢拓扑结构采用直槽转子分段斜极进行对比,计算结果如表所示。表齿槽转矩计算结果永磁同步电机转子结构优化设计永磁同步电机转子磁钢拓扑结构不相同,电机的性能、运行特性也会不相同。针对永磁电机原方案采用“”型结构存在的不足,本文设计了“”型磁钢拓扑结构,并进行仿真对比分析其性能。本文电机方案外径尺寸、电机长度、接口尺寸均保持与原方案一致。原电机是一台极 槽型转子永磁同步电机,其方案的参数要求及安装尺寸要求,如表所示。表电机基本参数电机参数数值电机参数数值额定功率()相数极数额定
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