車用永磁同步電機(jī)定子鐵耗的案例
新能源汽車技術(shù)|車用永磁同步電機(jī)定子鐵耗的分析與優(yōu)化
0 引 言
在車載動(dòng)力電池未能取得突破的情況下，提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率對提高車輛續(xù)航里程至關(guān)重要[1]。
目前中國電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18386—2005《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)航里程實(shí)驗(yàn)方法》主要參考新歐洲駕駛循環(huán)(NEDC)工況。文獻(xiàn)[2]中提出車用電機(jī)在低負(fù)荷中高速運(yùn)行范圍內(nèi)的效率提高對于延長車輛續(xù)航里程至關(guān)重要。文獻(xiàn)[3]揭示采用非晶合金鐵心材質(zhì)的電機(jī)比硅鋼片電機(jī)鐵耗更低、效率更高。文獻(xiàn)[4]研究鐵心硅鋼片的厚度對鐵耗的影響。新能源汽車行業(yè)在日趨激烈的競爭下，選用低成本原材料。降低電機(jī)成本是必須考慮的問題。
文獻(xiàn)[5]引入鐵耗系數(shù)計(jì)及制造工藝對鐵耗的影響，并對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[6]通過采用偏移非對稱轉(zhuǎn)子極的方法，可同時(shí)有效抑制電磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，但制造工藝復(fù)雜。文獻(xiàn)[7]通過對轉(zhuǎn)子輔助槽位置和尺寸的優(yōu)化來抑制空載鐵耗，得出開輔助槽對“V型”轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)空載鐵耗影響比較大，對“V一型”轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)空載鐵耗影響很小，但未考慮電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輔助槽對鐵耗的影響規(guī)律。
本文從考慮電機(jī)成本和加工難度角度出發(fā)，研究采用轉(zhuǎn)子開輔助槽抑制車用電機(jī)的定子鐵耗。
1 鐵耗模型及輔助槽設(shè)計(jì)分析
1.1 鐵耗分離計(jì)算模型
本文基于Bertotti鐵耗分離計(jì)算模型，分析永磁同步電機(jī)（PMSM）的鐵耗，考慮磁化方式的鐵耗計(jì)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(shù)、渦流損耗系數(shù)、異常損耗系數(shù)；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(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，磁化方式主要分為2種：(1)磁化方向不變，大小按正弦規(guī)律變化的交變磁化；(2)磁化方向、大小均隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁化。
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車用永磁同步電機(jī)的電磁噪聲分析與抑制
摘要
：電機(jī)模態(tài)的準(zhǔn)確分析是實(shí)現(xiàn)電機(jī)低噪聲驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)電機(jī)模態(tài)頻率與對應(yīng)階次徑向電磁力波頻率接近時(shí)，會產(chǎn)生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務(wù)車主驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)(PMSM)為研究對象,對比分析轉(zhuǎn)子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉(zhuǎn)子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉(zhuǎn)子開輔助槽和轉(zhuǎn)子分段斜極的優(yōu)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(jī)三維有限元模態(tài)仿真模型，分析電機(jī)結(jié)構(gòu)部件對模態(tài)的影響，結(jié)合常用車載驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝固定方式對外殼進(jìn)行約束,分析不同約束方式下電機(jī)的模態(tài)特性。結(jié)果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yuǎn)離電機(jī)模態(tài)的固有頻率，因此不會發(fā)生共振，降低了電磁噪聲。
關(guān)鍵詞
：電磁力波;模態(tài);輔助槽;斜極;永磁同步電機(jī)
0引言
電機(jī)的結(jié)構(gòu)噪聲是電機(jī)結(jié)構(gòu)受到激振源激勵(lì)而產(chǎn)生的，主要來源有機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)⑴。機(jī)械振動(dòng)由軸承摩擦或轉(zhuǎn)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(dòng)由作用于定子結(jié)構(gòu)上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(jī)(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀(jì)20年代初,Fritze首次提出電機(jī)電磁噪聲主要由定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力產(chǎn)生⑵。文獻(xiàn)［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力波,發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。文獻(xiàn)［4］全面闡述了車用電機(jī)振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，從理論層面深入分析電機(jī)電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及控制參數(shù)之間的關(guān)系。
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新能源車用永磁同步電機(jī)的標(biāo)定與控制
新能源車用永磁同步電機(jī)的標(biāo)定與控制
車用永磁同步電機(jī)NVH 性能的優(yōu)化
車用永磁同步電機(jī)NVH 性能的優(yōu)化
摘 要：從電機(jī)噪聲的分類、產(chǎn)生機(jī)理、優(yōu)化措施三方面分析了永磁同步電機(jī)的NVH 性能，希望能對電動(dòng)汽車企業(yè)排查整改電機(jī)NVH 問題起到一定的指導(dǎo)作用
由于永磁同步電機(jī)（后文簡稱為“電機(jī)”）具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，目前已在電動(dòng)汽車行業(yè)獲得最廣泛地應(yīng)用。故本文著重對永磁同步電機(jī)的NVH 性能優(yōu)化進(jìn)行分析。
1 電機(jī)噪聲的分類
由于電動(dòng)汽車沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)+減速器）系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高頻特性使得人們對聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機(jī)的NVH 性能開發(fā)帶來了更多的挑戰(zhàn)。
電機(jī)噪聲主要分為三大類，即：電磁噪聲、機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲。
展開 車用永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)不簡單！
一、電機(jī)磁場及工作原理
1.1電磁力原理
1.2發(fā)電原理
1.3永磁同步電動(dòng)機(jī)工作原理
定子通交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場吸引轉(zhuǎn)子磁場，使轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場旋轉(zhuǎn)。
永磁同步電機(jī)扭矩組成。
根據(jù)唐院士編著的《現(xiàn)代永磁同步電機(jī)》，可知永磁同步電機(jī)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(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)（IPM)的交直軸電感具有明顯差異，因此IPM電機(jī)天生具備產(chǎn)生較大磁阻扭矩的條件。
因此，目前包括汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)在內(nèi)的永磁同步電機(jī)越來越多的采用了IPM方案。
*磁阻扭矩對電機(jī)系統(tǒng)的影響:
a.相同的電機(jī)反電勢系數(shù)下，實(shí)現(xiàn)相同的扭矩可以減小電機(jī)的相電流，有利于提高電機(jī)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(chuàng)造條件。
b.在相同的控制器硬件條件下，高磁阻扭矩電機(jī)比低磁阻扭矩電機(jī)具備更高的空載轉(zhuǎn)速，有利于提高電機(jī)高速小扭矩的工作效率，改善電磁噪音，提高了電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速范圍。
二、車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要性能參數(shù)及解讀
三、車輛對主驅(qū)電機(jī)的性能發(fā)展趨勢
四、IPMSM磁路結(jié)構(gòu)
4.1常用磁路結(jié)構(gòu)
“一”型磁路結(jié)構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：
a. 結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子內(nèi)外徑尺寸 有要求的場合。
缺點(diǎn)：
a.永磁體沒有出現(xiàn)聚磁效果
b.電樞反應(yīng)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(jié)構(gòu)
集中繞組（ISG)。
“V”型磁路結(jié)構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：
a.結(jié)構(gòu)工藝相對簡單；
b.
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新能源車用永磁同步電機(jī)的標(biāo)定與控制
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車用永磁同步電機(jī)控制及弱磁方法
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