新能源車用永磁同步電機的案例
新能源車用永磁同步電機的標定與控制
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新能源車用永磁同步電機的標定與控制
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新能源車用永磁同步電機的標定與控制
新能源車用永磁同步電機的標定與控制
新能源汽車技術|車用永磁同步電機定子鐵耗的分析與優化
0 引 言
在車載動力電池未能取得突破的情況下，提高驅動電機的效率對提高車輛續航里程至關重要[1]。
目前中國電動汽車續航里程認證標準GB/T 18386—2005《電動汽車能量消耗率和續航里程實驗方法》主要參考新歐洲駕駛循環(NEDC)工況。文獻[2]中提出車用電機在低負荷中高速運行范圍內的效率提高對于延長車輛續航里程至關重要。文獻[3]揭示采用非晶合金鐵心材質的電機比硅鋼片電機鐵耗更低、效率更高。文獻[4]研究鐵心硅鋼片的厚度對鐵耗的影響。新能源汽車行業在日趨激烈的競爭下，選用低成本原材料。降低電機成本是必須考慮的問題。
文獻[5]引入鐵耗系數計及制造工藝對鐵耗的影響，并對電機進行優化設計。文獻[6]通過采用偏移非對稱轉子極的方法，可同時有效抑制電磁轉矩、磁阻轉矩和齒槽轉矩的脈動，但制造工藝復雜。文獻[7]通過對轉子輔助槽位置和尺寸的優化來抑制空載鐵耗，得出開輔助槽對“V型”轉子結構電機空載鐵耗影響比較大，對“V一型”轉子結構電機空載鐵耗影響很小，但未考慮電機負載運行時，輔助槽對鐵耗的影響規律。
本文從考慮電機成本和加工難度角度出發，研究采用轉子開輔助槽抑制車用電機的定子鐵耗。
1 鐵耗模型及輔助槽設計分析
1.1 鐵耗分離計算模型
本文基于Bertotti鐵耗分離計算模型，分析永磁同步電機（PMSM）的鐵耗，考慮磁化方式的鐵耗計算公式[8]為
式中：PFe為鐵耗；Ph、Pe、Pa分別為磁滯損耗、渦流損耗、異常損耗；kh、ke、ka分別為磁滯損耗系數、渦流損耗系數、異常損耗系數；f為交變磁場頻率;Bm為磁密正弦波幅值；B(θ)為磁場密度。
電機實際運行時，磁化方式主要分為2種：(1)磁化方向不變，大小按正弦規律變化的交變磁化；(2)磁化方向、大小均隨時間變化的旋轉磁化。
展開 新能源汽車永磁同步電機優化
永磁同步電機 （Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作為電動汽車驅動系統首選，因轉矩響應快、體積小、效率高、噪聲小等優點，迅速占領了新能源汽車市場，且市場占有率逐漸上升。電動汽車的快速發展和強烈的需求刺激，迫使驅動電機向高速化、輕量化、高效化等方向快速推進。通過優化電機功率密度，不僅滿足電動汽車對驅動系統高速化、輕量化、高效化需求，而且對PMSM產品競爭有重要的戰略意義。
目前實現車用永磁電機的高功率密度有兩種方法：①提高電機轉速；②提高轉矩密度，但提高轉速帶來風摩損耗過高、軸承潤滑及壽命、噪聲等問題，因此通過提高轉矩密度來提高功率密度成為很多廠家研究的重點。
1 有限元電磁仿真
1.1 模型搭建
以一臺72槽12極永磁同步電機為例，使用motor-CAD建立其模型，通過E-mag模塊進行電磁熱耦合分析。電機參數見表1。
表1 仿真模型的參數
為了節省仿真時間，取電機一極為仿真模型并劃分網格，如圖1所示。
圖1 永磁同步電機模型
1.2 邊界定義
文獻［3］描述了永磁同步電機因鐵磁物質磁導率遠遠大于空氣磁導率，電機定子軛邊緣雖有部分漏磁，但這部分衰減很快，且電機磁力線沿定子軛表面閉合，可取定子軛邊緣為零邊界，這在工程上近似合理。電機結構對稱，磁場沿周向周期變化。具有周期性條件，在相鄰兩極中心線上，磁力線垂直穿過，極間幾何中心線法線方向變化率為零，故選取一個極距進行仿真。
1.3 空載仿真
永磁同步電機空載仿真如圖2所示，從磁密云圖和空載反電勢波形看出，電機所含諧波較少。
圖2 永磁同步電機空載仿真
1.4 負載仿真
從圖3可以看出，電機各項參數選擇較合理，為了深究其材料的利用率和單位質量的出力，在不改變電機有效體積的條件下進行參數優化。
展開 新能源汽車講解丨永磁同步電機的選型與參數計算
新能源汽車講解丨永磁同步電機的選型與參數計算
新能源汽車講解丨永磁同步電機的選型與參數計算
新能源汽車講解丨永磁同步電機的選型與參數計算
車用永磁同步電機NVH 性能的優化
車用永磁同步電機NVH 性能的優化
摘 要：從電機噪聲的分類、產生機理、優化措施三方面分析了永磁同步電機的NVH 性能，希望能對電動汽車企業排查整改電機NVH 問題起到一定的指導作用
由于永磁同步電機（后文簡稱為“電機”）具有體積小、質量輕、效率高、功率因數高、起動轉矩大等優點，目前已在電動汽車行業獲得最廣泛地應用。故本文著重對永磁同步電機的NVH 性能優化進行分析。
1 電機噪聲的分類
由于電動汽車沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動（驅動電機+減速器）系統噪聲成為主要噪聲源，其中驅動電機的高頻特性使得人們對聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH 性能開發帶來了更多的挑戰。
電機噪聲主要分為三大類，即：電磁噪聲、機械噪聲、空氣動力噪聲。
展開 車用永磁同步電機設計不簡單！
一、電機磁場及工作原理
1.1電磁力原理
1.2發電原理
1.3永磁同步電動機工作原理
定子通交流電后產生旋轉磁場，該旋轉磁場吸引轉子磁場，使轉子跟隨定子磁場旋轉。
永磁同步電機扭矩組成。
根據唐院士編著的《現代永磁同步電機》，可知永磁同步電機的輸出扭矩來源于磁鋼扭矩和磁阻扭矩，如下式所示：
T= Pn*Φ0*iq+Pn*(Ld-Lq)*id*iq
由于內嵌式永磁同步電機（IPM)的交直軸電感具有明顯差異，因此IPM電機天生具備產生較大磁阻扭矩的條件。
因此，目前包括汽車驅動電機在內的永磁同步電機越來越多的采用了IPM方案。
*磁阻扭矩對電機系統的影響:
a.相同的電機反電勢系數下，實現相同的扭矩可以減小電機的相電流，有利于提高電機低速大扭矩情況下的效率，還為降低控制器主要器件成本創造條件。
b.在相同的控制器硬件條件下，高磁阻扭矩電機比低磁阻扭矩電機具備更高的空載轉速，有利于提高電機高速小扭矩的工作效率，改善電磁噪音，提高了電機系統的調速范圍。
二、車用驅動電機的主要性能參數及解讀
三、車輛對主驅電機的性能發展趨勢
四、IPMSM磁路結構
4.1常用磁路結構
“一”型磁路結構
優點：
a. 結構工藝簡單；
b. 對極漏抗有良好的抑制能力；
c.特別適用于對轉子內外徑尺寸 有要求的場合。
缺點：
a.永磁體沒有出現聚磁效果
b.電樞反應交軸回路通道單一， 不利于磁阻扭矩提高。
適合匹配的繞組結構
集中繞組（ISG)。
“V”型磁路結構
優點：
a.結構工藝相對簡單；
b.
展開 車用永磁同步電機的電磁噪聲分析與抑制
摘要
：電機模態的準確分析是實現電機低噪聲驅動設計的重要環節。當電機模態頻率與對應階次徑向電磁力波頻率接近時，會產生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務車主驅動永磁同步電機(PMSM)為研究對象,對比分析轉子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉子開輔助槽和轉子分段斜極的優化方法后,0階12倍頻徑向電磁力波幅值可減小79%。建立電機三維有限元模態仿真模型，分析電機結構部件對模態的影響，結合常用車載驅動電機的安裝固定方式對外殼進行約束,分析不同約束方式下電機的模態特性。結果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優化設計方案下的0階12倍頻的徑向電磁力波幅值較大,但由于頻率為4 800 Hz,遠離電機模態的固有頻率，因此不會發生共振，降低了電磁噪聲。
關鍵詞
：電磁力波;模態;輔助槽;斜極;永磁同步電機
0引言
電機的結構噪聲是電機結構受到激振源激勵而產生的，主要來源有機械振動和電磁振動⑴。機械振動由軸承摩擦或轉子不平衡等因素引起， 可以通過采用低噪聲軸承、提高加工工藝和裝配精度等措施來改善；電磁振動由作用于定子結構上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀20年代初,Fritze首次提出電機電磁噪聲主要由定、轉子之間的徑向電磁力產生⑵。文獻［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉矩波動和定、轉子之間的徑向電磁力波,發現電機振動噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強的關聯性。文獻［4］全面闡述了車用電機振動與噪聲的產生機理，從理論層面深入分析電機電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機結構參數以及控制參數之間的關系。
展開 
淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
眼下汽車新四化已成為行業共識，汽車電動化的浪潮也越來越澎湃，電驅動作為新能源汽車能量轉換的關鍵一環，對新能源汽車的舒適性有著很大的影響。如圖1所示，沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動和電控系統噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH性能開發帶來了更多的挑戰。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統燃油車和新能源車的NVH問題分布
1
本文討論范圍的界定
驅動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復雜，聲品質較差，常表現為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結構，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導致轉矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導致定子振動從而向結構傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
展開 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
來源：模態空間 作者：朱碧華
眼下汽車新四化已成為行業共識，汽車電動化的浪潮也越來越澎湃，電驅動作為新能源汽車能量轉換的關鍵一環，對新能源汽車的舒適性有著很大的影響。如圖1所示，沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動和電控系統噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH性能開發帶來了更多的挑戰。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統燃油車和新能源車的NVH問題分布
1 本文討論范圍的界定
驅動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復雜，聲品質較差，常表現為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結構，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導致轉矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導致定子振動從而向結構傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
展開 新能源汽車技術 | 轉子不同方式分段斜極對永磁同步電機噪聲的影響
對電動汽車驅動用永磁同步電機(PMSM)的徑向電磁力進行分析，對徑向電磁力時空分離得到的三維頻譜圖提取出對電磁噪聲影響較大的時空階次及力密度，再運用有限元法對轉子不同方式分段斜極的PMSM進行振動噪聲仿真，通過結果對比找到最優的轉子分段斜極方式。
轉子不同方式分段斜極對永磁同步電機噪聲的影響
范慶鋒1,2,王光晨1,2
(1.中車株洲電機有限公司，湖南 株洲412001；2.湖南省新能源汽車電機工程技術研究中心，湖南 株洲412001)
0
引 言
隨著新能源汽車領域的發展，驅動電機各方面的性能不斷提升，對電磁噪聲提出了更高的要求。因為電磁噪聲主要來源于電機驅動系統，所以驅動用永磁同步電機(PMSM)的噪聲水平直接影響電動汽車的舒適性[1-3]。
PMSM電磁力可分為切向電磁力和徑向電磁力2種，前者主要用于輸出電磁轉矩，但會引起轉矩脈動，使定子齒部彎曲變形；后者使電機的定子鐵心產生周期性形變而引起振動噪聲，是引起電機振動噪聲的主要原因[4-5]。
展開 車用永磁同步電機控制及弱磁方法
車用永磁同步電機控制及弱磁方法
