永磁同步电机优化设计

摘  要

目前国内电动汽车公司基本采用永磁同步电机，永磁同步电机的性能表现更好，并且体积和重量方面也更占优势。本文设计了一款额定功率为50 kW的内置式永磁同步电机。首先，介绍永磁同步电机结构及运行原理，对磁路和磁场进行了分析，进一步分析功率角特性，永磁电机设计时考虑齿槽转矩、散热、绝缘。其次，根据电动汽车的实际需求得到电机的主要结构参数和基本性能数据；然后，基于有限元法对该电机做了瞬态稳态仿真分析，得到反电势曲线、转矩曲线以及电机效率图；最后，根据整车实际状态进行建模分析电机特性在整车上的表现形式，进一步提出优化方向。最终是电机的特性符合整车NEDC的需求及起步转矩大、过载能力强、高效、舒适、力矩调节快捷灵活特点，进一步提高电机的转速使得电机的能量密度有更高的提升。

关键词：　永磁同步电机；电力电子；电机；逆变器；弱磁

目  录

摘要 I

引言 1

一、绪论 2

（一）课题背景及研究的目的和意义 2

（二）国内外研究现状 3

1.国内外电动汽车电机研究现状 4

2.国内外电动汽车电机研究现状 4

3.电动汽车用永磁同步电机的研究现状与热点 5

（三）本文研究的内容 5

二、电动汽车用永磁同步电机原理与建模 6

（一）电机机的结构与运行原理 6

1. 电机分类与结构 8

2. 电机的运行原理 10

3. 电机的设计方法 12

4. 磁路和磁场的设计 14

5. 永磁同步电动机的功角特性 15

6. 永磁同步电动机的功角特性 16

（二）永磁同步电动机的数学模型与矢量控制原理 17

1. 永磁同步电动机的 d-q 轴数学模型 18

2.坐标变换 22

（三）永磁同步电动机控制策略及仿真模型的建立 3

1.电动汽车永磁同步电机的控制策略制定 3

2. 电压空间矢量弱磁控制 4

三、电动汽车用永磁同步电机的设计 4

（一）电动汽车运行工况对电机性能要求 4

（二）驱动电机性能参数初步选取 4

1.电机最大功率确定 4

2. 电机转速的确定 4

3. 电机峰值转矩的确定 4

4. 电机基本性能参数的选取 4

5. 绝缘设计 4

6. 散热设计 4

7. 齿槽转矩、转矩脉动与起步抖动问题分析 4

四、电动汽车用永磁同步电机的仿真分析 5

（一）电磁场有限元分析的基本理论 5

（二）永磁同步电机静态场分析 5

（三）永磁同步电机瞬态场分析 5

1. 电机额定工况下的仿真分析 5

2. 汽车爬坡时驱动电机的仿真分析 5

3. 汽车高速行驶时驱动电机的仿真分析 5

4. 永磁同步电机的区域性能分析 5

（四）整车仿真模型与运行状态分析 5

1. 电动汽车整车仿真模型 5

2. 驱动电机及控制器模型 5

3. 整车运行状况的分析 5

4. 电动汽车续驶里程的估算 5

结束语 7

参考文献 8

致谢 9