[20]。圖1.5電機結(jié)構(gòu)示意圖1.4空載工況分析對沒有負(fù)載下的定轉(zhuǎn)子進(jìn)行電磁分析。圖1.6空載磁密分布如圖1.6所示，空載情況下的電動機的磁場分布規(guī)則程度很低，一些局部飽和現(xiàn)象此時體現(xiàn)的更加嚴(yán)重。另外，當(dāng)此電動機在空載工況下運行時，定子齒和軛的磁密度都比較低，齒部磁密度幅值的最大值大小在1.3T左右，定子軛部的飽和磁密度為1.0T左右。圖1.7電機空載時的反電勢從圖1.7中得，可以看出電動機的空載反電動勢波形具有較好的正弦特性和較少的諧波，是因為增加了繞組的短距離和分布效應(yīng)。圖1.8電機空載時的齒槽轉(zhuǎn)矩如圖1.8可看出，本12槽10極永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩分布周期性明顯，圖中可以看出，當(dāng)運行在一個電周期內(nèi)，齒槽轉(zhuǎn)矩的周期呈現(xiàn)12個波峰波谷的變化，且該12槽10極電機的齒槽轉(zhuǎn)矩幅值沒有超過30。1.5額定負(fù)載工況根據(jù)本永磁同步電機設(shè)計的具體要求來看，額定負(fù)載工況下電機的運行轉(zhuǎn)速為3000，此時需要電機的輸出轉(zhuǎn)矩大小為53。并且嚴(yán)格考慮到電機運行時的風(fēng)摩擦阻力、實際樣機電機加工會存在的誤差因素的各種影響，因此，在設(shè)計本電機時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩不能小于等于53，因此在做初步設(shè)計的時候，電機的輸出轉(zhuǎn)矩必須要大于這個設(shè)計指標(biāo)。根據(jù)經(jīng)典轉(zhuǎn)矩方程，考慮磁阻轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩方程為：(4-1)從上式中，可以看出，內(nèi)置式永磁同步電動機，具體的轉(zhuǎn)矩包含了兩個組成部分，一是永磁轉(zhuǎn)矩，二是磁阻轉(zhuǎn)矩。就此看來，為了在有限元仿真中實現(xiàn)最大的電動機轉(zhuǎn)矩、電流控制，必須在電動機輸出端掃描當(dāng)前電流相角以獲得最大值的轉(zhuǎn)矩。圖1.9額定工況電機磁密分布情況從圖1.9的分布圖所示，當(dāng)電機在額定工況，電樞的齒部開始逐漸飽和，某些時刻下齒部的最大磁密達(dá)到了1.7T左右，此時電機的效率分布情況達(dá)到最大。圖1.10額定工況電機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖1.10是電機的轉(zhuǎn)矩分布情況，通過有限元仿真后可以得到具體的轉(zhuǎn)矩波形。由圖1.10可得，當(dāng)電機運行子在設(shè)計要求的額定工況下，輸出平均轉(zhuǎn)矩值為53，這個數(shù)值約為設(shè)計要求的1.04倍左右，有足夠的的預(yù)留量，明顯符合電機原始的設(shè)計要求。1.6過載工況為了滿足電動車輛在較短時間內(nèi)負(fù)荷爬坡等工況的需求，此電動機過載條件下的短期負(fù)載增加，電動機必須在低速的轉(zhuǎn)速下較短時間（約60秒）時輸出大的扭矩。圖1.11過載磁密分布圖1.12過載轉(zhuǎn)矩由圖1.11中可得，當(dāng)電機運行在過載工況是，此刻的永磁電機局部飽和現(xiàn)象非常嚴(yán)峻，某些時刻的定子軛部磁密甚至可以達(dá)到1.6T左右，某些時刻定子齒的局部磁密也快達(dá)到1.9T，這嚴(yán)重飽和。由圖1.12得，本文設(shè)計的電機，電機在過載時轉(zhuǎn)速為2000，需要輸出的轉(zhuǎn)矩為75。1.7弱磁工況電動車上所謂弱磁工況就是提前換相，抵消部分的感應(yīng)電動勢來提升轉(zhuǎn)速，帶來的副作用就是電流增加，電機發(fā)熱，從而電機功率下降。本電機的弱磁工況根據(jù)設(shè)計要求可知，是當(dāng)電機在最高運行轉(zhuǎn)速5000時，為了保證電機的端電壓有效值大小不高于設(shè)定值220的基礎(chǔ)之下，要使得此時的電機的最大輸出功率大小達(dá)到17。電流大小和電流的相位角大小，即電流超前空載反電勢角度達(dá)到所需要求。最終可以得到，當(dāng)輸入電流在50A、所取得電流相位角在75°左右時，此時的電機的輸出功率，可以達(dá)到預(yù)設(shè)可17的設(shè)計要求。圖1.13弱磁負(fù)載磁密分布圖1.14弱磁工況電機的轉(zhuǎn)矩根據(jù)電流角的大小樂至，此時電機運行在深度弱磁的工況下，整體的轉(zhuǎn)子磁場去磁明顯，甚至可能發(fā)生不可逆退磁，而磁鋼產(chǎn)生的磁密大小被驗證削弱。根據(jù)磁密云圖可知，該工況下的齒部磁密約為1.2T，定子軛部的磁密大小也在1.5T左右。由圖1.14給出了此刻下的永磁電機所輸出的弱磁轉(zhuǎn)矩波形，它的輸出平均值大小約為24。此時轉(zhuǎn)子磁障的漏磁作用和去磁作用，一起協(xié)調(diào)工作，這樣可以充分保障電機反電勢控制在設(shè)計要求可以滿足的220V范圍內(nèi)。本文所設(shè)計的12槽10極的車用永磁同步電動機，具體基于新能源電動車輛電動機的基本設(shè)計參數(shù)指標(biāo)，首先通過參考特定的永磁電機設(shè)計指南，從而確定具體的初始設(shè)計尺寸大小。再利用商業(yè)有限元仿真軟件ANSYSmaxwell，對本設(shè)計中所名明確的永磁電機在空載、額定負(fù)載、過載和弱磁四種不同的工作工況下的電磁性能進(jìn)行有限元仿真分析，仿真結(jié)果證明，該12槽10極永磁電機電磁性能，在四個工況：空載、額定負(fù)載、過載和弱磁工況下，皆可十分滿意的滿足設(shè)計指標(biāo)。最終，經(jīng)過上述有限元計算仿真設(shè)計，可以得到最終的電機的主要參數(shù)指標(biāo)，電機基本尺寸得以明確，具體參數(shù)如下表1.2，具體的繞組參數(shù)如表1.3。表1.2電機的尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)數(shù)值示意圖定子外徑D1/mm145定子內(nèi)徑Di1/mm90電機有效長度lef/mm60定子槽口寬度Bs0/mm5定子槽楔寬度Bs1/mm12定子齒頂高度Hs0/mm0.1定子槽楔高度Hs1/mm1.2定子槽高度