电动汽车用高功率密度电机关键技术

摘要近年来，电动汽车工业和新能源领域的发展越来越快，电机的性能也越来越高。

高功率密度电机满足电动汽车及相关行业的发展需求，并逐渐受到业界和社会的广泛关注。

本文从目前电动汽车市场上高功率密度电机的设计和应用的实际情况出发，探讨了高功率密度电机的特点、设计和高速3个方面，希望能为相关研究提供一定的参考。

目前，功率密度已成为电机设计中的一个重要指标。

高功率密度电机因其体积小、重量轻、效率高等优点，越来越受到研究者和生产厂家的重视。

特别是在航空航天、潜艇、电动汽车等特别利用场所中，因为安置空间有限定,对电动秘密求体积更小、效力更高、重量更轻、效力更高,也便是请求机电有较高的功率密度。

关键词：电动汽车新能源电机性能高功率密度0 引言在目前的电机设计中，功率密度是一个不容忽视的关键点。

一般来说，高功率密度电机的销售量很大，这主要是由于其重量轻，体积小。

随着电动汽车工业和绿色能源相关领域的不断发展，高功率密度电机已逐渐得到应用和广泛推广。

在电动汽车、航空航天等领域，高功率密度电机起着非常重要的作用，但仍需要在一定的技术水平上推广，以便更好地服务于需要的行业，发挥最大的价值，促进电动V的快速发展。

电子、航空航天等相关领域。

大量的研究表明，汽车的能量损失与汽车的质量成正比，车辆轻量化是降低新能源汽车能耗和增加行驶里程的重要手段。

新能源纯电动汽车驱动系统通常占汽车总质量的30%-40%，驱动系统的轻量化是整车轻量化的重点之一。

汽车驱动电机是新能源汽车的核心驱动部件。

在有限的空间内，需要满足各工况的动态要求。

因此，在较小的空间内，设计高效、安全、可靠的高功率密度电机是实现电机轻量化，降低汽车能耗的有效途径，关键问题1 高功率密度电机的基本特点1.1转子旋转速度快高功率密度电机的主要特点之一是转子速度快。

通常，电机转子的转速具有相对稳定的范围或值，例如，可以保持在6000 r/m iN，高功率密度电机转子的转速通常可以达到10000 r/min。

在这样的高速旋转中，电机的供电频率会相应增加。

正常频率下的电源频率为200 Hz，最大频率可超过1000 Hz。

1.2电磁负荷比较高高功率密度电机的另一个特点是较高的电磁负载。

与传统电机相比，高功率密度电机的电磁负荷要高得多，直接导致电机体积损失的增加，从而导致总损耗的增加。

一旦电机的损耗增加，将会导致电机各部件的温度上升，这就对冷却方式提出了更加严格的要求，而如果冷却方式不合理，电机功能将会受影响2 高功率密度电机的主要设计2.1磁性材料如果高功率密度电机的供电频率逐渐增加，电机铁芯的损坏也会增加，因此铁芯损耗在电机总损耗中的比例将逐渐增加。

因此，电机磁芯的损耗直接与磁芯和磁芯材料的2个元素有关。

电机正常工作时，铁心损耗是必不可免的，所以要采取积极的措施加以解决，从而降低铁心损耗。

控制磁感应强度和降低磁感应强度可以在一定程度上降低铁芯损耗。

同时，在选择芯材时，应坚持“高磁导率、低损耗”的原则，以保证芯材选择的合理性。

2.2定子导线在电动机的运行过程中，定子定子中铜的消耗可能较大，这将对电机的效率产生负面影响，因此还需要减少定子铜的消耗。

从目前的情况来看，在解决高铜消耗的问题时，通常使用高导电性的导体，例如银铜合金材料的导线，这是一个理想的选择。

电动汽车高功率密度驱动电机的供电方式通常是控制器或变频器，需要绝缘以保证绕组受电压的影响最大，并出现电晕。

在某些情况下，可以在电机线圈中选择变频电磁线。

2.3笼型异步电机转子笼型材料在笼型异步电动机的转子中，导杆通常由铜或铸铝制成。

铜导杆和铝导条都有各自的优点和缺点。

铜导杆的优点是效率高，阻力小。

缺点是起动转矩较小。

铝导杆和铜导杆的优点和缺点是相反的。

效率不高，受阻力影响很大，但起动时转矩较大。

因此，在选择笼型感应电动机转子导杆材料时，必须考虑阻力对电机性能的影响。

2.4永磁同步电机永磁体在高功率密度电机中，永磁材料的固有特性将对高功率密度永磁同步电动机（PMSM）的性能起到关键的作用。

当设计高功率密度电机时，应考虑功率密度和转矩密度，因此在选择永磁材料时，应考虑最大磁能积、矫顽力和残余磁通密度。

总的来说，磁能产品的值越大，矫顽力和残余磁通密度越大，性能越好。

此外，由于高功率密度电机运行，单位体积的损耗将增加，温度升高，因此在选择电机部件时，必须考虑温度控制因素，并选择具有良好耐温性的材料。

3 电机结构设计3.1 车用驱动电机设计流程电动汽车的性能取决于核心部件、驱动电机和电动车辆的设计。

电动汽车驱动电机的研究是电动汽车研究领域的重要方向之一。

电动机的性能要求是：恒转矩特性和低于基本转速的高转矩过载率，以满足快速起动、加速、负载爬升、频繁停机等要求。

在基速以上，它具有恒定的功率特性和更大的弱磁比，以满足最大速度和超车的要求。

在大多数操作领域，效率被优化以节省能量。

汽车新能源驱动电机的设计具有空间小、工作环境恶劣的特点，特别是在新能源电动汽车的设计中。

传统的稳态电机设计方法难以满足电动汽车驱动电机的复杂要求，不能很好地显示电动汽车驱动电机的特性。

因此，在车辆驱动电机的设计中，应充分考虑电动汽车驱动电机的特性设计参数，如过载倍数、弱磁膨胀比、高效率区域等。

分析和优化了电机设计对电动汽车不同工况的影响。

另外，在新能源汽车驱动电机的设计中，还应根据图1所示的设计流程进行驱动电机的设计。

根据永磁同步电动机（PMSM）的性能要求，在设计软件的帮助下，通过对电机的几何形状、尺寸和材料选择的初步设计，获得了设计参数，并进行了性能预测计算。

采用有限元法进行求解。

性能预测计算、性能评价和参数设计需要重新计算，直到找到最优设计。

最后，通过样机实验对驱动电机的设计结果进行了分析和验证。

1）长径比选择在电机设计过程中，随着电机纵横比的增大，体积增大，转子体积不变，转子惯量减小，电机铜含量增加。

由于整车设计中驱动电机的布局空间有限，在满足整车空间布局的条件下，合理选择电机的长径比，以提高电机的功率密度。

在电机设计输入条件下，定子铁芯直径与电机铁芯长度之间的关系如图2所示。

电机转子外径与电机铁芯长度之间的关系如图3所示。

电机体积与电机铁芯长度之间的关系如图4所示。

每个电机的有效容积与电机铁芯长度之间的关系如图5所示。

在整个车辆的设计过程中，永磁同步电动机的空间尺寸如下：为了减少铜量，降低电机成本，减小电机体积，并考虑电机转子的动态响应效应，MOT的定子外径。

或设计为235毫米，芯长为160毫米，定子内径为160毫米。

2）极对数选择随着电机磁极比的增加，随着电机极对数的增加，定子铁芯轭铁的铁量减少，电机体积减小，电机体积的速度逐渐减小，因为定子的增加。

图6示出了永磁同步电动机定子外径与电动机对数之间的关系曲线。

.另外，随着电机极对数的增加，电机的输入电流频率增加，电机铁耗增加，效率降低，电机控制系统和电机散热系统的要求得到提高。

在高速电机的设计中，电机极的对数一般较小。

在控制系统的硬件设计和电机温升系统的仿真和样机试验的基础上，合理选择了电机输出极的对数、电机温度的升限值和电机极的对数。

可以有效地提高电机的允许范围和功率密度。

从图6可以看出，当电机极小于5时，电机定子的外径随着电机极的对数急剧变化，定子外径在极对数大于5之后缓慢变化。

由于电机采用高速低转矩设计来满足控制系统的有效电流输出频率，降低电机的铁耗，因此选择电机来选择电力。

极点的对数为4。

3）槽极比选择在电机设计中，随着槽极比的增大，电机定子的内径是恒定的。

槽内绝缘体积的增加、电机直径的增加、电机体积的增加、端部铜的增加和电机的质量的增加，但电机绕组的正弦转矩、电机纹波的纹波、转矩的减小。

E纹波和铁耗减少。

同时，提高了绕组反电势的正弦度，降低了谐波含量，降低了基波绕组系数，降低了电机的输出转矩。

在图7中示出了每极电机数和定子外径之间的关系。

合理选择电机槽隙比，调整电机效率和外部特性。

随着电机极比的增大，定子齿宽减小，定子齿宽与电机各相槽数的关系曲线如图8所示。

在电机运行过程中，由于转矩脉动和电磁径向力会引起电机的振动，定子齿窄会导致定子齿的机械强度太差。

使定子齿断裂。

此外，每相槽的每一个极的增加导致定子制造成本的大幅度增加，这会影响电机经济性，定子绕组的绕组是困难的，并且定子槽宽被优化，并且电机的转矩脉动减小。

从图8可以看出，随着各相槽中各相的增加，电机定子齿部发生变化。

结果，电动机的每个极的每个相槽的数目是2。

4）电负荷选择在一定的热负荷情况下，随着电负荷的增加，电机转子的体积减小，转动惯量减小，定子直径先减小后增大，电机的铜量不断增加。

因此，有必要合理选择电机的电气负载，将电机铁芯的质量与铜的数量相结合，从而实现电机质量的优化，提高电机的功率密度。

如图9所示，定子直径与电负载之间的关系曲线如图10所示，如图10所示，电机的每个槽的有效面积的电负载关系曲线如图11所示。

5）绕线缠绕方式选择为了减少绕组线的长度，减少电机的长度和铜的量，减少铜的损耗，提高电机的效率，减小电机的长度，减小电机的体积，降低电机的质量，降低功率密度。

电机大大改进了。

合理选择电机绕组的绕组方式，可以改善定子绕组的磁势正弦，降低定子磁势的谐波含量，减少电机铁耗和定子绕组引起的电机纹波转矩，提高电机和红色的效率。

电机的振动和噪声。

另外，合理选择电机绕组的绕组方式，可以提高电机的凸度，提高磁阻转矩，减小绕组电流，降低电机的铜耗，提高电机效率。

在集中式绕组中，每个相线圈只有一个齿距，而不是其他相绕组。

与传统绕组相比，可以大大减小电机端部的长度，但绕组的冷却性能较差，磁EMF的谐波含量高。

集中式绕组电机与分布式绕组相比，凸极率小，磁阻转矩小，绕组电流小。

大的。

在高速低转矩电机的设计中，电机转速高，绕组电流频率高。

集中绕组的设计将降低电机效率的高效率区域的比率，因此选择分布式绕组。

集中绕组和分布式绕组定子的横截面图如图11所示。

正弦绕组可提高电机定子磁势的正弦度，降低定子谐波含量，减少电机纹波的转矩，减少电机端部的铜，减少电机铜损和端部泄漏，提高电机性能。

降低了电机的制造成本。

但是在这种设计中，电机每极的每个极的数目是2，并且在实际绕组过程中必须采用正弦绕组中的每个槽的数量。

因此，正弦绕组和传统的短距离分布绕组对电机性能的影响非常小，正弦绕组和短距离分布绕组是缠绕在一起的。

该模式复杂，因此仍然选择电机绕组的绕组方式作为传统的正弦分布绕组。

同时，为了降低电机磁势的谐波分量，采用星形连接方式。

电机绕组的分布如图12所示。

6）定子槽开口宽度选择在电机的设计中，槽宽的存在使定子与永磁磁场之间的有效气隙发生很大变化，进而使气隙磁导急剧变化，影响永磁同步电动机的漏感。

D使气隙磁密显示锯齿形，从而产生齿槽转矩，使电机在运行过程中运行。