电动汽车用永磁同步电机设计方法及相关问题的研究

王春喜

摘 要：随着我国能源问题的不断扩大以及环境问题的影响，传统的汽车产业正在改变开发的方式，正在逐渐的向电动的方向转变，各个国家的汽车厂商都在进行电动汽车的研究，而电机系统作为电动汽车的核心部件更是受到了足够的重视，但是从目前的情况来看，电动汽车用电机的设计大部分还是使用的传统工频电电机的设计方法，这种方法在运行的时候是非常复杂的，而且采用这种传统的设计方法是满足不了电动汽车的实际需求的，基于此种情况，该文从电动汽车对驱动电机的实际需求出发，以永磁同步电机为例子，对电动汽车用永磁同步电机的设计方法进行分析，并对相关的问题进行研究。

关键词：电动汽车 永磁同步电机 设计方法 分析 研究

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0102-01

作为电动汽车中的一个核心部件，驱动电机会因其好坏而引起电动汽车性能上的优劣性，而电动汽车的整体研究性也主要表现在电动汽车研究的研究领域，目前，电动汽车的主要涉及方法还取决于传统的工频供电电机的设计，这也就是说相对于额定运行的电动汽车来说，稳定的设计方法才是关键，该文主要是对电动汽车驱动电机的特点进行分析，提出基于电动汽车的特点和设计的方法。

1 电动汽车用永磁同步电机设计方法研究情况

现阶段对电动汽车用永磁同步电机的设计方法主要还是源自于工频供电电机的设计方法，设计的步骤大致也是相同的，主要包括以下几个方面内容：（1）尺寸设计问题。尺寸主要包括定子的内外径尺寸、转子的内外径尺寸以及转子结构的选择；（2）绕组的设计问题；主要是选择绕组的形式以及所设计的绕组参数，还要调整永磁体的尺寸以及齿槽的尺寸；（3）对磁路的计算，通过电机的等效磁路计算，设计齿槽的尺寸以及调整主要的尺寸；（4）对工作性能的计算。计算额定转速点的矩角特性以及功率的特性，如果没有真正的满足技术的要求，那么就需要重新对尺寸和绕组的参数进行设计；从以上的计算步骤中不难看出，现阶段的电动汽车用永磁同步电机设计方法是可以完成相应的设计任务，但是并不能将电动汽车驱动电机的特点明显的发挥出来，所以说电动汽车用永磁同步电机的设计方法还并没有完全的成型，还需要进一步的努力。

2 电动汽车用永磁同步电机设计的特点

（1）电动汽车用永磁同步电机的设计是和控制器以及控制策略是联系在一起的。因为传统的工频供电电机大多数情况下都是在额定的转速下运行的，这种电机并不会考虑到控制策略方面的问题，而所说的电动汽车利用电机较其就有很大的区别，因为它需要按照整个车的运行情况来进行相应的工作，而整车工作状态的改变还是由整车以及控制器的控制策略来决定的，如果传统的电机在运行的时候没有及时的考虑到这一点的话，在进行电机设计的时候就会使最终设计的结果出现一定的误差，最主要的是传统的电机运行不考虑这一点也是不符合电动汽车电机运行的真实情况的，所以说电动汽车用永磁同步电机的设计是和控制器以及整个车控制策略是联系在一起的。

（2）电动汽车用永磁同步电机的设计和整个车的设计是紧密相关的。车在设计的时候留给电机的空间其实是随着车的设计频繁调整的，因此就需要我们的研究人员在车钢开始设计尺寸的时候，就要及时的先设计出空间内电机的实际输出功率的能力，将车给定的尺寸称为定子外径，而现阶段所采用的尺寸公式都是定子内径，所以说研究人员要及时的给出一个尺寸方面的公式，以此来适应电动汽车电机快速计算的相关要求。

（3）电动汽车用永磁同步电机的设计是有很大的计算量的。因为电动汽车用永磁同步电机的工作情况会随着车俩的实际行驶状态而出现相应的变化，在计算电机参数的时候，要计算多个工作点的情况，这样的话，就要求研究人员在电机设计的过程当中，需要找到一种合适的方法，这种方法要能够及时的体现出电机的特性；

3 电动汽车用永磁同步电机中主要性能的设计

3.1 电机工作性能的计算方法

电机计算的关键是其工作性能，这是对电机优化设计方案的基础，在工频供电电机的工作性能计算中，向量图决定了其运行变量，所以在这种设计中会通过给不同的功率变化并且结合电阻参数来计算电机的频繁而定转速的，电机的额定运行转速下的电流和功率等相关性能需要注意工频供电电机在进行工作时的计算，这需要供电电压为给定的额定电压，而电动汽车的驱动电机是不同的，这也就使电机的控制策略和电机的反电设计值不同，因此在电机的实际运行时会出现供电电压不成为恒定电压的情况，如果此时还是按照之前的算法进行计算的话是很有可能出现误差的。

3.2 过载倍数的计算方法

电动汽车用永磁同步电机的过载倍数有两方面的好处，一方面可以有效的反映出电机的实际过载能力，另一方面还能够制约电机弱磁扩速比。传统的过载倍数计算大多是通过计算电机在不相同的转速下出现的矩角特性，在矩角的特性上找到电机输出转矩的最大值，也就是说这一转矩的最大值就代表了电机的整体过载能力的大小。需要注意的是，有些时候工作人员会用热负荷来确保电机的发热值不会超过给定的值，因为热负荷能够确保电机的温度有一个稳定上升的过程，而电动汽车的电机在工作时的运行状态是随时都有变化的，更重要的是，电动汽车在计算出电机在给定的负载下，能够达到极限温度的最长时间是多少。

4 电动汽车用永磁同步电机的设计方法

（1）对电机主要尺寸的设计。首先要得到电机的大体设计方案，要先能够满足整个车频繁调整尺寸的相关要求。

（2）对额定工作性能的设计。对额定工作性能的设计主要是将电机控制策略引入工作性能的设计中，通过计算电机的实际工作性能来测试其运行状态，以此来满足额定设计方案的额定性能指标。

（3）对磁路、绕组以及电路参数的设计。在进行这部分电机电路设计时要确保同步电机与永磁同步电机分开，因其最终成型的电机需要调整的次数较多，所以电动汽车驱动电机的设计方案也需要分开进行设计，只有这样才能有一个准确的解析计算方法对该参数进行计算，从而提高设计的效率。

（4）通过实际运行情况计算电机性能。以最终从电动汽车的角度出发来优化设计方案，这就需要工作人员要在不同的电机运行状态下计算出优化设计方案的指标，最终得到一个理想的温度指标方案。

（5）弱磁扩速比和过载倍数的计算。电机在不同的过载倍数下所达到的极限温度是不同的，只有在確定电机的额定转速和最高转速的过载倍数，才能得到电机带载的弱磁扩速比，才能将两项参数拿去进行比对，从而调整设计方案，而这最终能够得到的也是满足电机转速和转矩指标的可行性方案之一；可以说基于电机控制策略的工作性能计算方法是电动汽车用永磁同步电机设计的一个最基础性的环节，也是实现电机弱磁扩速比和过载倍数的一个关键性的前提。它与传统的计算方法相比较的话，引入这种控制策略可以有效的提高设计的精度。

参考文献

[1] 陈清泉.电动车技术发展及前景展望[J].电工技术杂志，1996（6）：2-8.

[2] 张飞.地铁用永磁同步电动机设计中的关键技术问题研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2006.