轻型电动汽车外转子永磁同步电机的设计优化

新能源汽车

轻型电动汽车外转子永磁同步电机的设计优化

对具有分数槽和集中绕组的外转子永磁同步电机（PMSM）进行设计优化和配置，并应用于轻型电动汽车。基于刚性空间范围限制和车辆所要求的性能，通过对初始电机尺寸分析确定了具有分数槽和集中绕组的4个候选外转子永磁同步电机，它们具有相同的转子外径、转子背铁厚度、永磁体厚度、气隙长度和磁极圆弧宽度比。提出将基于二维参数化有限元分析的响应窗口缩放法用于最大转矩密度的综合电磁优化。此外，在所有候选的永磁同步电机中，铜线圈的能量损耗、转子涡流损耗和定子铁芯损耗保持相同。研究发现，定子槽深度和最佳外转子永磁同步电机有效轴向长度之间存在显著的相关性。最后，对4个候选的永磁同步电机性能特征进行全面评估和比较，以确认最佳候选永磁同步电机。

1kW外转子永磁同步电机的设计优化根据提出的基于二维参数化有限元分析的响应面窗口缩放法。根据车辆规格的具体要求，通过尺寸分析预先确定了具有20、22、26和28个转子的4个候选外转子永磁同步电机，用于进一步性能优化和评估。结果表明，定子槽深度和有效轴向长度对电机的损耗分布以及电机的性能具有关键影响。基于二维有限元分析结果，对4种侯选外转子永磁同步电机的特性进行综合研究，包括转矩脉动、PM磁链、反相EMF、电感、相电阻、速度、功率因数和效率图，以揭示转子极数对外转子永磁同步电机性能的影响。最终选择优化出具有26个转子的永磁同步电机，与市场销售的电机相比，其具有明显的高扭矩密度和高效率的优点，可以满足人们对车辆性能的要求。未来的工作将涉及电机的制造和试验验证。

刊名：Renewable and Sustainable Energy Reviews（英）

刊期：2017年第67期

作者：Patrick Chi-Kwong Luk et al

编译：谷盛丰