电动汽车用内置式永磁无刷直流电机设计研究

　　稀土永磁无刷直流电机是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机，具有体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点[1-2]，同时还保留了普通直流电机优良的机械特性，广泛应用于伺服控制、数控机床、电动车辆、机器人等领域[1-4].
　　电动汽车是交通运输业面临能源与环境双重压力的必然选择，是未来汽车工业的重要发展方向.永磁电机具有高效、高功率密度的特点，特别适宜用作电动汽车主驱电机.内置式转子磁路结构的机械强度高、弱磁调速能力强，永磁体的抗去磁能力强，在车辆驱动中永磁无刷直流电机应用广泛[5-12].本文基于已有的某轻型电动轿车，设计研究了一台内置式永磁无刷直流电机.
　　1电机性能指标的确定
　　电动汽车驱动电机性能指标的确定需要根据电动汽车车辆参数以及动力性能指标分析确定.
　　电机转速与车速相对应，因此额定转速一般根据电动汽车的经济运行车速来确定.汽车在最大车速下水平匀速运行时所需的驱动功率，作为驱动电机的额定功率，进而得到电机的额定转矩.根据电动汽车的档位设计，峰值转矩通常为额定转矩的2～3倍.再综合考虑运行经济性、成本等因素，确定本方案中电机的主要性能指标如表2所示.
　　2.2定子绕组
　　理想的无刷直流电机要求具有相当宽度的梯形波反电动势，因此在绕组设计时尽可能选择集中整距绕组[14].定子绕组匝数影响电机的反电势系数、交直轴电抗等参数，且一定程度上决定了高效运行范围，设计时要根据额定转速来合理选取.为了获得较高的功率因数，绕组匝数选取时应使空载反电势与额定电压值相当.
　　2.3极弧系数
　　理想的无刷直流电机要求气隙磁密波形为方波，故永磁磁极设计需选择尽可能大的极弧系数[14].采用内置式转子磁路结构时，除保证足够的永磁体宽度以提供尽可能大的气隙磁通外，极弧系数还受到隔磁桥尺寸和永磁体厚度的影响，需综合选取.
　　3关键参数对电机性能的影响
　　电机设计过程中，主要尺寸一旦确定，可变参数就局限于气隙长度、永磁体尺寸、定子线圈匝数等.为探究上述关键参数对电机性能的影响，利用Ansoft软件中Rmxprt模块的参数化分析功能，研究参数调整对电机效率、转矩电流比的影响.考虑到饱和、漏磁等非线性因素对电机性能的影响，分析时结合Maxwell2D有限元分析对参数化分析结果进行了修正.
　　本文选取了4组方案的分析结果进行对比，具体方案的参数设置如表3所示.
　　从图5～7可以看出：在转矩输出相同的情况下，方案2在低速区（0～2000r/min）具有更高的效率和更大的转矩电流比，在高速区两种方案获得的电机性能相当.由此可知，减小气隙长度可提高电机低速区性能.当然，实际设计中还要考虑制造