商务车用高效永磁驱动电机的设计与温度场计算驱动电机作为电动汽车的核心组件,要求其具有较高的功率密度、较宽的调速范围、较大的过载能力等,这些高性能的要求都需要通过对驱动电机及其系统的电磁设计和控制来实现。
在各种车用驱动电机中,内置式永磁驱动电机以其效率高、调速性能好、功率密度高等优势成为车用驱动电机的首选方案。
本文以一台商务车用80kW永磁驱动电机为例,对车用永磁驱动电机的电磁设计、结构性能优化及温度场分析进行了研究,主要包括以下内容:首先,分析车用永磁驱动电机的设计目标,根据永磁电机的设计理论,从电机的d、q轴磁路设计入手,通过理论研究分析了影响永磁电机过载能力、调速范围的因素,计算了永磁驱动电机的定子、转子尺寸。
然后利用有限元电磁场计算软件,建立永磁驱动电机的二维有限元仿真模型,计算电机在空载和带载工况下的电磁性能。
其次,对定子、转子拓扑结构进行优化,从d、q轴电感、凸极率等方面研究不同定、转子磁路结构对电机性能的影响。
首先分析并计算定子参数(齿槽比、齿轭比)变化对电机磁阻转矩、过载能力和弱磁能力的影响;然后又分析计算了转子拓扑结构参数(包括V型磁钢夹角、磁钢宽度、磁钢厚度以及隔磁桥宽度和厚度)对电机峰值转矩和磁钢利用率的影响,进而得到满足设计目标的最优定子、转子拓扑结构,并与优化前的电机性能进行了对比。
然后,依据传热学基本理论,结合电磁场计算的电机损耗值,利用软件建立了电机的热网络仿真模型,计算了电机主要部件在额定稳态工况和峰值瞬态工况下的温升,并与实验测试数据进行了对比分析。
随后,对电机的最大退磁电流,转子受力与变形量进行了仿真和校核计算,均满足预期的设计目标值。
最后,完成了实验样机的制造,并搭建了电机测试实验平台,实测了样机在不同工况下的电机性能和温升数值,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元设计的准确性和可行性。
实验结果表明,V型内置式永磁驱动电机具有转矩电流比高、弱磁能力强的优点,在电动汽车的驱动应用中具有很好的应用前景。
