车用永磁同步机设计与磁热耦合分析

王晓远，杜静娟，谭明作

(1.天津大学,天津300072;2.柳州五菱柳机动力有限公司,柳州545005)

0 引 言

电动汽车以其高效、无污染、低噪声等优点在全球范围内引起研制热潮[1],而驱动电机作为电动汽车的核心部件,已成为电机领域的热门研究之一。永磁同步电机的结构简单、高效,调速性能好的优点,作为车用驱动电机受到高度关注。

为了实现车用永磁同步电机的高功率密度,电机的高速化是一个重要方向。随着转速的提高,交变频率增大,会引起转子和永磁体损耗增大,优化设计降低损耗是措施之一。由于高功率密度设计导致较高的电磁负荷,会导致绕组绝缘温度过高和永磁体退磁的问题,影响电机使用寿命和平稳运行的可靠性,因此合理散热也是重要的措施之一。

本文针对内置式永磁同步电机(以下简称IPMSM)的特点,应用有限元软件进行优化磁场设计以达到降低损耗目的,减小齿槽转矩进而降低振动噪声,满足车用的需求。应用FEM和磁路计算2种方法对主要参数进行比较分析,通过实验测试的空载反电势验证2种方式的准确性。文中进一步对IPMSM进行磁热耦合分析,预估IPMSM温度分布,为下一步的冷却散热选择提供依据。

本文研究的内置式永磁同步电机,功率为30 kW,额定转速为4500 r/min,功率密度为1.2 kW/kg。该设计电机采用6极36槽双层绕组,定子槽采用梨形槽,绝缘耐温限值125 K;转子结构为内置“V一”型磁钢,磁钢材料为钕铁硼N35SH,耐温150℃;本电机采用矢量控制方法,在宽高效区、宽调速范围的要求上有自己的优势。……