基于MATLAB的电动汽车用永磁同步电机的效率MAP计算

王 昕，何 冲，杨云峰

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

基于MATLAB的电动汽车用永磁同步电机的效率MAP计算

王 昕，何 冲，杨云峰

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

由于永磁同步电机具有功率密度大、功率因数大、效率高等优点，已在电动汽车驱动技术中占据越来越重要的地位。电动汽车在运行中供电续航能力有限，因此降低电机损耗,提高电机高效范围对电动汽车的运行能力起着至关重要的作用。随着研究的不断深入，电动汽车用永磁电机对效率的要求不仅仅局限于额定负载等几条固定曲线的效率值能够满足设计任务，而是越来越多地要求电机在更宽的区域能够高效率运行。基于这种要求，效率map提供永磁电机在不同转速和负载下的的效率分布情况。在电机设计阶段，效率map可以作为电机设计的重要参考；在运行阶段，效率map能够为负载和转速的合理配合提供参考。

效率map；永磁电机；电动汽车；MATLAB

电动汽车电机驱动系统除了具有普通电气传动的共性外，还应满足电动汽车特定用途的要求。电动汽车工况复杂，既要能高速运行，又要能频繁启动、制动、上下坡、快速超车、紧急刹车。根据电动汽车用电机的特性需求，选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小，持续行驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。永磁同步电机非常适合电动汽车对驱动系统的要求：①体积小、重量轻，转动惯量小，功率密度高；②效率高，功率因数高。转子不需要励磁电流，没有转子铜损耗；③转矩惯量比大，过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合汽车的起动加速。

电机效率MAP图（又叫等高线图、云图）是电机测试时生成的一种数据曲线图，主要是反映在不同转速、扭矩下的电机效率分布情况。在电动汽车用永磁电机的设计中，电机的效率分布区域以及高效区占总运行区域的比例非常重要。在永磁电机的实际运行中，是否能够选择合理的运行区间，使电机运行在高效区域，对于电动汽车也有着很重要的意义。文章针对电动汽车用永磁电机的工作特性，利用MATLAB计算一台额定功率为80kW的永磁电机的效率map，为电机设计提供参考。

1 主要技术参数和特征曲线

表1为某电动汽车所用永磁电机的主要技术参数。

表1 主要技术参数

图1为某电动汽车所用永磁同步电机的额定牵引特性，图2为该永磁电机的峰值牵引特性。

2 永磁电机效率计算

电动汽车用永磁电机损耗主要为铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗。其中铜耗和铁耗在电机损耗中所占比例最高。

图1 额定牵引特性

图2 峰值牵引特性

2.1 电机输出功率

其中，P2为电机输出功率 kW；pn为电机极对数；T2为电机输出转矩N·m；n2为电机转速rpm；

2.2 铜耗计算

其中，Pcu为定子铜耗kW；I1为定子相电流A；R1为定子相电阻Ω；

2.3 铁耗计算

其中，PT1,PC1定子齿损耗、定子轭损耗kW；pT1,pC1为定子单位体积齿损耗、定子单位体积轭损耗，根据BT10,BC10按实际所采用硅钢片查表kW/mm3；VT1,VC1为定子齿体积，定子轭体积mm3；k1,k2：铁耗校正系数。

2.4 杂散损耗和机械损耗计算

Ps为杂散损耗kW；Pfw为机械损耗kW；pfw为机械损耗系数。

2.5 电机输入功率

其中，P1为电机输入功率 kW；

2.6 电机效率

其中，η为电机效率；

3 永磁电机效率MAP

基于MATLAB的某电动汽车永磁电机效率MAP如图3所示。其中额定点效率值为95.8%。该电机效率值大于80%的区域为总运行区域的81.97%。

图3 某电动汽车所用永磁电机效率MAP

4 结语

由于永磁电机的功率密度高、效率高、转矩惯量比大等特性，在电动汽车领域有着广泛的应用。而效率MAP图能够为电机的效率提供直观地判断，对电机设计和运行具有参考意义。

[1]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]陈世坤,电机设计[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]赵海森,罗应众,刘晓芳等.异步电机空载铁耗分布的时步有限元分析[J].中国电机工程学报,2010,30(30)：99-106.

OnCalculation ofEfficiency MAP of Permanent Magnet Synchronous MotorofElectromobile based on MATLAB

WANG Xi，HE Chong，YANG Yun-feng
(Hunan Zhuzhou motor co.,LTD.,Zhuzhou,Hunan 412001,China)

Since the permanent magnet synchronous motor features with highpower density,high power factor,high efficiency andother advantagesandisdominating a more and more important positionin respect to the driving technologyofelectromobile.When running,the power supply ofelectromobile is limited,so reducing the loss of motor,improving the of effective range of the electromobile motor is important to the operationability.With the deepening of the research,the demandof electromobilepermanent magnet synchronous motoris not confinedto that the the efficiency valueof thecurve of relatedloadof several fixed curve meetthe designed requirements,but increasingly require the motor in wider areas runswith high efficiency.Based on the requirement,the efficiency map provides the distribution of the efficiencyof permanent magnet motor in different rotatingspeed and load.During the motor design stage,efficiency map can be used as important reference for motor design;In operation stage,efficiency map can provide reference for reasonable matching of load and rotating speed.

efficiency map;Permanent magnet motor;electromobile;MATLAB

TM351

A

2095-980X（2015）02-0037-02

2015-01-18

王昕（1986-），女，山西人，硕士，助理工程师，主要研究方向：电机设计。