[20]。圖4.5電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4.4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4.6空載磁密分布如圖4.6所示，空載情況下的電動機(jī)的磁場分布規(guī)則程度很低，一些局部飽和現(xiàn)象此時(shí)體現(xiàn)的更加嚴(yán)重。另外，當(dāng)此電動機(jī)在空載工況下運(yùn)行時(shí)，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4.7電機(jī)空載時(shí)的反電勢從圖4.7中得，可以看出電動機(jī)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?yàn)樵黾恿死@組的短距離和分布效應(yīng)。圖4.8電機(jī)空載時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩如圖4.8可看出，本12槽10極永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩分布周期性明顯，圖中可以看出，當(dāng)運(yùn)行在一個(gè)電周期內(nèi)，齒槽轉(zhuǎn)矩的周期呈現(xiàn)12個(gè)波峰波谷的變化，且該12槽10極電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩幅值沒有超過30。4.5額定負(fù)載工況根據(jù)本永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的具體要求來看，額定負(fù)載工況下電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速為3000，此時(shí)需要電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大小為53。并且嚴(yán)格考慮到電機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)摩擦阻力、實(shí)際樣機(jī)電機(jī)加工會存在的誤差因素的各種影響，因此，在設(shè)計(jì)本電機(jī)時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能小于等于53，因此在做初步設(shè)計(jì)的時(shí)候，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩必須要大于這個(gè)設(shè)計(jì)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(jī)，具體的轉(zhuǎn)矩包含了兩個(gè)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(shí)現(xiàn)最大的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、電流控制，必須在電動機(jī)輸出端掃描當(dāng)前電流相角以獲得最大值的轉(zhuǎn)矩。圖4.9額定工況電機(jī)磁密分布情況從圖4.9的分布圖所示，當(dāng)電機(jī)在額定工況，電樞的齒部開始逐漸飽和，某些時(shí)刻下齒部的最大磁密達(dá)到了1.7T左右，此時(shí)電機(jī)的效率分布情況達(dá)到最大。圖4.10額定工況電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖4.10是電機(jī)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4.10可得，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行子在設(shè)計(jì)要求的額定工況下，輸出平均轉(zhuǎn)矩值為53，這個(gè)數(shù)值約為設(shè)計(jì)要求的1.04倍左右，有足夠的的預(yù)留量，明顯符合電機(jī)原始的設(shè)計(jì)要求。4.6過載工況為了滿足電動車輛在較短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷爬坡等工況的需求，此電動機(jī)過載條件下的短期負(fù)載增加，電動機(jī)必須在低速的轉(zhuǎn)速下較短時(shí)間（約60秒）時(shí)輸出大的扭矩。圖4.11過載磁密分布圖4.12過載轉(zhuǎn)矩由圖4.11中可得，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在過載工況是，此刻的永磁電機(jī)局部飽和現(xiàn)象非常嚴(yán)峻，某些時(shí)刻的定子軛部磁密甚至可以達(dá)到1.6T左右，某些時(shí)刻定子齒的局部磁密也快達(dá)到1.9T，這嚴(yán)重飽和。由圖4.12得，本文設(shè)計(jì)的電機(jī)，電機(jī)在過載時(shí)轉(zhuǎn)速為2000，需要輸出的轉(zhuǎn)矩為75。4.7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(jī)發(fā)熱，從而電機(jī)功率下降。本電機(jī)的弱磁工況根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，是當(dāng)電機(jī)在最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速5000時(shí)，為了保證電機(jī)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(shí)的電機(jī)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(shí)，此時(shí)的電機(jī)的輸出功率，可以達(dá)到預(yù)設(shè)可17的設(shè)計(jì)要求。圖4.13弱磁負(fù)載磁密分布圖4.14弱磁工況電機(jī)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)電流角的大小樂至，此時(shí)電機(jī)運(yùn)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(yàn)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4.14給出了此刻下的永磁電機(jī)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(shí)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(jī)反電勢控制在設(shè)計(jì)要求可以滿足的220V范圍內(nèi)。4.8本章小結(jié)本文所設(shè)計(jì)的12槽10極的車用永磁同步電動機(jī)，具體基于新能源電動車輛電動機(jī)的基本設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)，首先通過參考特定的永磁電機(jī)設(shè)計(jì)指南，從而確定具體的初始設(shè)計(jì)尺寸大小。再利用商業(yè)有限元仿真軟件ANSYSmaxwell，對本設(shè)計(jì)中所名明確的永磁電機(jī)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(jī)電磁性能，在四個(gè)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(jì)指標(biāo)。最終，經(jīng)過上述有限元計(jì)算仿真設(shè)計(jì)，可以得到最終的電機(jī)的主要參數(shù)指標(biāo)，電機(jī)基本尺寸得以明確，具體參數(shù)如下表4.2，具體的繞組參數(shù)如表4.3。表4.2電機(jī)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(jī)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Hs2/mm19氣隙δ/mm1齒寬/mm12軛厚/mm7.5永磁體厚度hpm/mm4表4.3電機(jī)的繞組參數(shù)繞組參數(shù)數(shù)值電流幅值imax/A50電負(fù)荷420槽滿率0.6單個(gè)線圈匝數(shù)N50并繞股數(shù)2每相并聯(lián)支路數(shù)1第五章結(jié)論與展望5.1結(jié)論本文對永磁同步電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)為12槽10極，額定功率為17，額定轉(zhuǎn)矩為54，額定轉(zhuǎn)速為3000，最高轉(zhuǎn)速為5000，額定電壓為380，主要研究內(nèi)容如下：根據(jù)對永磁同步電機(jī)市場分析，確定本文在諸多電機(jī)中選取永磁電機(jī)為研究對象。通過大量的參考文獻(xiàn)查詢了解到國內(nèi)外永磁同步電機(jī)的現(xiàn)狀，為下文永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)與分析提供了科學(xué)合理的理論支持。參考資料與文獻(xiàn)后利用三維建模軟件UG/NX，對永磁同步電機(jī)簡化后的實(shí)體進(jìn)行建模，并將三維模型簡化后利用CAD制作出各零件及裝配圖的二維圖紙。通過學(xué)習(xí)Maxwell軟件，將永磁電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子的二維模型由中間格式STP導(dǎo)入到Maxwell這個(gè)軟件中進(jìn)行處理分析，對所設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子在空載、額定負(fù)載、過載和弱磁四個(gè)不同工況下的電磁性能進(jìn)行分析，說明了永磁電動機(jī)在各個(gè)工況下都可以符合設(shè)計(jì)要求。5.2展望在對永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)分析的過程中，本人由于受知識儲備與能力的限制并且對于電機(jī)學(xué)和軟件Maxwell的學(xué)習(xí)是從零開始，所以還存在很大缺陷，若以后有條件，我想繼續(xù)對以下方面在進(jìn)行深入研究，如：（1）深入學(xué)習(xí)電機(jī)學(xué)以及電磁仿真軟件，讓電機(jī)設(shè)計(jì)更加具有理論支撐；（2）學(xué)習(xí)果蠅-遺傳算法以求有更好的尋優(yōu)搜索能力，進(jìn)一步提高搜索精度；（3）在電機(jī)的散熱方面，學(xué)習(xí)有限元的方法直觀地看到仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)散熱效果更佳的冷卻水道，從而減少功率損失。參考文獻(xiàn)禮冰冰.基于雙DSP的PMSM控制系統(tǒng)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008.袁中勝.新能源汽車驅(qū)動用永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.雷晶晶.動力鋰離子電池組管理系統(tǒng)的研究[D].湖南大學(xué),2011.杜靜娟.電動汽車用高效高功率密度電機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[D].天津大學(xué),2017.SaharSharouni,PeymanNaderi,MahdiHedayati,PaymanHajihosseini.Demagnetizationfaultdetectionbyanovelandflexiblemodelingmethodforouterrotorpermanentmagnetsynchronousmachine[J].InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems,2020,116.胡耀華.電動汽車用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的研究[D].南京航空航天大學(xué),2017.劉奇林,沈啟平.車用高功率密度永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2016,43(01):88-94.王孝偉,楊貴杰,汪云濤,寧蜀悅.軸向磁通反作用飛輪電機(jī)PCB繞組損耗優(yōu)化研究[J].微特電機(jī),2016,44(06):5-9.張東.混合動力電動汽車用電機(jī)的開發(fā)與系統(tǒng)仿真[D].沈陽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LiuY,ZhaoW,FanX,etal.Opti