新能源汽车永磁电机设计
新型永磁电机的设计、分析与应用研究
新型永磁电机的设计、分析与应用研究一、概述随着全球能源危机和环境保护压力的不断增大，高效、节能、环保的电机技术成为了当前研究的热点。
永磁电机作为一种新型的电机技术，具有高效率、高功率密度、低噪音、低维护等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。
对新型永磁电机的研究具有重要意义。
新型永磁电机的研究涉及到电机设计、分析、优化以及应用等多个方面。
在电机设计方面，需要考虑电机的结构、绕组、永磁体等因素，以实现电机的最佳性能。
在电机分析方面，需要建立电机的数学模型，对电机的性能进行预测和评估。
在电机优化方面，需要采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行优化，以提高电机的效率和可靠性。
在应用方面，需要研究永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，以推动永磁电机的广泛应用。
本文旨在对新型永磁电机的设计、分析与应用进行深入的研究和探讨。
介绍了永磁电机的基本原理和分类，为后续研究打下基础。
详细阐述了永磁电机的设计方法，包括电机的结构设计、绕组设计、永磁体设计等。
建立了永磁电机的数学模型，对电机的性能进行了预测和评估。
接着，采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行了优化，以提高电机的效率和可靠性。
结合实际应用案例，分析了永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，为永磁电机的应用提供了有益的参考。
通过本文的研究，可以为新型永磁电机的设计、分析与应用提供理论支持和技术指导，推动永磁电机技术的进一步发展和应用。
1. 永磁电机的发展历程与现状永磁电机，作为一种重要的电机类型，其发展历程与现状反映了电机技术的持续进步与革新。
早在20世纪初，永磁电机就已经开始被研究和应用，但受限于当时永磁材料的性能，其应用范围和效率相对较低。
随着稀土永磁材料的出现和发展，尤其是钕铁硼等高性能永磁材料的出现，永磁电机的性能得到了显著提升，应用领域也大幅扩展。
近年来，随着全球对节能减排和环保要求的不断提高，永磁电机以其高效率、高功率密度、低维护成本等优点，在新能源汽车、风力发电、电动工具、家用电器等领域得到了广泛应用。
电动汽车论文永磁同步电机设计论文
电动汽车论文永磁同步电机设计论文摘要：文章首先介绍电动汽车不同运行状况对电机的要求，根据要求来确定永磁同步电机的性能参数，以满足电动汽车的要求。
根据目标参数综合分析比较后确定转子结构为内置切向式的永磁同步电机为本论文研究对象。
通过计算初步确定永磁同步电机的基本尺寸、绕组类型、定子槽型等。
最后通过解析计算得出永磁同步电机各参数初选数值。
1 电动汽车对驱动电机性能的要求电动汽车运行工况多变复杂，因此对驱动电机的性能、尺寸都有相应的要求：①在电池电量一定的情况下行驶里程是电动汽车性能的关键因素，为了提高汽车的续航里程，要求电动机能耗低、效率高。
②汽车在行驶中会走烂路低速行驶，也会走高速路高速行驶，会运行于多种不同工况之中，要求电机调速范围宽泛。
③汽车在运行中会频繁起步、加速、制动减速、爬坡等，要求电机具有较大的启动转矩，在设计中可选取较大的过载系数。
④为了增大汽车车内空间、便于电机布置同时减轻汽车重量，要求电机比功率较大、体积小、尽量采用较高的额定电压。
2 永磁同步电机总体设计电动汽车用永磁同步电机总体设计首先需要确定电机的磁路结构，选用合理的计算方法确定电机各部件的尺寸参数，基本确定出电机的原型。
2.1 转子磁路结构选择转子磁路结构对永磁同步电机的驱动性能产生很大影响，是电机设计阶段首先要考虑的问题。
隔磁桥能有效控制磁漏系数的大小，因此合理设计隔磁桥很重要[1]。
磁漏系数小电机的抗去磁能力减弱，磁漏系数大所需永磁体量就多。
因此需要对电机的磁路结构进行合理设计以满足电动汽车对驱动电机的要求。
不同的磁路结构对电机的电感参数影响很大，主要根据永磁体布置与转子位置不同分为表面置式与内置式，如图1所示。
由于永磁体内置式切向式永磁同步电机转矩输出能力比其他电机强、调速范围宽、结构紧凑、运行可靠。
因此选用该种结构形式为本课题研究对象。
2.2 永磁体材料与尺寸选择目前，永磁同步电机永磁体材料采用稀土材料钕铁硼[2]，它具有很高的矫顽力和磁能积，磁能积是普通铁氧永磁体的6倍以上。
电动汽车用永磁同步电机控制器设计
0引言
电动汽车以电机作为驱动机构。上
转
较高的转速输出能力，
于汽
车 同 工作 同的
。对于电动汽
车驱动电机，
电动汽车需具有好的转矩
输出性能， 可能提高电机转矩输出能力；而在
高 ，当电机转
，电机
电动
随转
，当达到额定转 ，反电动势
达到逆变器的最大值， 若采取弱磁控制，
控制器会出现饱和失效现象，使电动汽车的性能
指标降低。交流电机矢量控制是将电流分解为转
测试。
1控制器硬件设计
本文设计的电动汽车用PMSM控制器技术指
标如下:额定电压600 V,额定功率36 [W,额定转
速5 600 r/min，额定转矩61.4 N・@。峰值转矩
180 N・m，峰值功率56 kW，持续时间1 min；最高转
速7 500 r/min，长 运行。控制器最
于
95%，重量小于10 kg。位置 感器采用旋转变压
发动机汽车相比,电动汽车起动力 、
，
了
,
,行
，
⑴。永磁同步电机(PMSM)作为
电动汽车动力机 ， 工作
转交 、 电动
和发电 ，且要求同 较大的 能力和较
的
， 控制器是实现电池直流电源
向三相交流电源转换的装置，驱动PMSM输出
力能*2+。
电动汽车 高
电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计及分析
摘要作为清洁能源汽车，电动汽车具有高能效，低噪音和零排放，成为世界新能源汽车发展的主要方向。
而对于永磁同步电动机，其结构简单，运行效率高，功率密度高，调速性能优良，符合电动汽车用电动机的要求。
因此，它在汽车工业中受到很多关注，并已广泛应用于电动汽车领域。
本文在有限元分析的基础上，采用场路结合的设计方法进行了电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计和运行特性分析。
分析磁路结构参数变化对电机性能的影响，开发出适用于电动汽车的高效率、高功率密度、高过载能力的驱动电机，并由此总结了适用于电动汽车驱动的永磁同步电动机的设计方法，为后续系列产品的开发奠定了基础。
本文的主要研究工作有以下几个部分：根据电动汽车发展的关键技术，结合电动汽车的特殊运行条件和动力驱动特性，分析各种电动机性能的优缺点。
本文选择内置永磁同步电动机作为研究对象，通过对其结构特点和工作原理的分析，确定设计任务目标，使设计突出电动汽车驱动电机的特性。
以有限元软件为基础，依据电机学和相关电磁场理论，本文采用场路结合设计方法，确定了电机的设计方案，进行了电机主要尺寸设计、绕组方案确定、极槽配合选择、永磁体参数计算、永磁体充磁方向分析、气隙长度的设计等工作，完成样机的初步设计方案；然后根据电机电磁设计方案，建立有限元求解模型，对电机进行有限元分析计算，主要是对电机的空载、负载及过载工况进行仿真，并在此基础上研究电机的磁场分布、气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩、转矩转速以及永磁体涡流损耗等；研究相关结构的参数变化对电机的影响；从转子结构方面分析电机的弱磁扩速性能；为保证所设计的电机结构在运行时能够满足实际工况的机械强度需求，还对电机进行机械结构仿真，确保电机的各部分的应力能够满足所用材料的屈服强度的要求，保证电机的稳定运行。
最后依据设计结果制作了额定功率8.5kW、额定转速650r/min的样机，对样机的性能进行试验测试，测试结果表明样机具有较大的过载倍数和高效运行区域，达到预期设计目标。
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制新能源汽车的发展是当前汽车行业的热点之一，而电机作为新能源汽车的核心部件之一，其设计及弱磁控制技术的研究与应用也备受关注。
本文将从新能源汽车电机的设计以及弱磁控制两个方面进行探讨。
一、新能源汽车电机的设计新能源汽车电机的设计是保证其高效、稳定、可靠运行的关键。
首先，电机的功率和转速需与车辆的需求相匹配，以确保车辆性能的高效和稳定。
其次，电机的结构和材料选择应考虑到轻量化和散热性能，以提高车辆的续航里程和承载能力。
此外，电机的控制系统也需要具备高效率、快速响应和精准控制的特点，以满足不同驾驶场景下的需求。
针对以上需求，新能源汽车电机的设计通常采用无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）。
这两种电机具有高效率、高功率密度、高扭矩、低噪音和可靠性好等优点，逐渐成为新能源汽车的首选电机类型。
同时，设计者还需要考虑电机的永磁体材料、绕组结构、冷却系统等方面的优化，以提高电机的性能和可靠性。
二、新能源汽车电机的弱磁控制弱磁控制技术是新能源汽车电机控制领域的重要研究方向之一。
传统的电机控制方法通常采用定磁转矩控制或恒磁转矩控制，但这些方法在低转速和低负载情况下容易产生振动和噪音，同时也会降低电机的效率。
而弱磁控制技术可以有效解决这些问题。
弱磁控制技术通过改变定子电流的相位和振荡频率，实现对电机转矩和速度的精确控制。
其核心思想是在低转速和低负载情况下，通过减小定子电流的幅值，使电机工作在弱磁状态下，从而降低振动和噪音，提高电机的效率。
同时，弱磁控制技术还可以实现对电机转矩的精确控制，使车辆在起步、行驶和制动等不同工况下具备更好的驾驶性能和舒适性。
弱磁控制技术的实现主要依赖于先进的电机控制算法和控制器的设计。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
这些算法可以根据电机的输出信号和目标转矩进行自适应调节，以实现对电机转矩和速度的精确控制。
同时，控制器的设计也需要考虑到实时性、可靠性和抗干扰性等因素，以确保电机控制系统的稳定性和可靠性。
新能源汽车永磁电机的设计概述
新能源汽车永磁电机的设计概述新能源汽车永磁电机是目前新能源汽车动力系统中应用广泛的一种电机类型。
它具有高效率、高功率密度、体积小、重量轻等优点，被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车和纯电动汽车等领域。
下面将对新能源汽车永磁电机的设计进行概述。
首先，新能源汽车永磁电机的设计需要考虑到汽车的功率需求和动力特性。
根据车辆的功率需求、行驶工况等因素，确定电机的额定功率和工作点。
同时，还需要考虑电机的输出转矩和转速等特性，以满足车辆的加速、爬坡等性能要求。
其次，新能源汽车永磁电机的设计需要选择合适的永磁材料。
永磁材料是永磁电机中的关键部分，直接影响到电机的功率密度和效率。
常用的永磁材料有钕铁硼和钴磁体等，需要根据电机的工作温度、磁场要求等因素进行选择。
第三，新能源汽车永磁电机的设计需要考虑电机的结构和散热设计。
根据电机的安装空间和重量要求，选择合适的结构类型，如内外转子结构、开口式结构等。
同时，为了提高电机的散热效果，通常需要在电机的转子和定子上设置散热片或散热鳍片，以提高电机的散热能力。
第四，新能源汽车永磁电机的设计还需要考虑电机的控制系统。
控制系统包括电机的启停控制、转矩控制和速度控制等功能，可以通过变频器、控制器等设备实现。
控制系统的设计需要考虑电机的响应速度、稳定性和可靠性等因素，以满足车辆的动力要求和驾驶性能。
最后，新能源汽车永磁电机的设计还需要进行系统级的优化。
在考虑了电机的基本参数和特性之后，需要对整个动力系统进行综合设计，包括电机的匹配与融合、电池组的设计与排布、电池管理系统的设计等。
这些综合设计可以进一步提高整车的续航里程、驾驶性能和经济性。
总之，新能源汽车永磁电机的设计是一个复杂而关键的过程。
它涉及到多个方面的技术和工程知识，需要综合考虑各个因素的影响，以实现高效、可靠、节能的电机设计。
随着新能源汽车技术的不断发展，相信新能源汽车永磁电机的设计将会不断优化和创新，为新能源汽车的发展做出更大的贡献。
永磁同步电机驱动控制系统的设计与实现
永磁同步电机驱动控制系统的设计与实现近年来，电动汽车成为了汽车市场的新宠。
而永磁同步电机则成为了电动汽车中最为优秀的一种电机类型。
永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转速、低噪音、抗干扰等优点，成为电动汽车中主流的驱动电机类型。
本文将重点介绍永磁同步电机驱动控制系统的设计与实现。
1. 永磁同步电机的原理与分类永磁同步电机是一种同步电机，其工作原理与感应电机类似，但与感应电机相比，永磁同步电机具有更高的效率和更高的功率密度。
永磁同步电机根据转子结构和磁场分布方式的不同，可以分为内转子型和外转子型两种类型。
2. 永磁同步电机驱动系统的组成永磁同步电机的驱动系统由电机驱动器、转子位置传感器、控制器和电源组成。
其中，电机驱动器是永磁同步电机的重要部分，它将电源的直流电转换为交流电，以驱动永磁同步电机运转。
转子位置传感器用于实时检测永磁同步电机的转子位置和速度信息，控制器则根据转子位置和速度信息，计算出电机所需的转矩和电流，并将其输出给电机驱动器控制永磁同步电机的转速和转矩。
电源则为整个系统提供供电，保证系统正常运作。
3. 永磁同步电机驱动控制系统的设计（1）电机驱动器的设计电机驱动器是永磁同步电机驱动控制系统中的核心部分。
常见的电机驱动器包括直接式和间接式两种类型。
其中，直接式电机驱动器具有结构简单、效率高、体积小等优点，被越来越多的厂商所采用。
在永磁同步电机驱动控制系统的设计中，直接式电机驱动器可选择使用三相桥式变流器或NPC(Neutral Point Clamped)逆变器。
三相桥式变流器结构简单，控制方便，是目前应用最为广泛的一种电机驱动器类型；NPC逆变器则由于其更高的效率和更低的谐波含量，被越来越多的厂商所倾向。
（2）转子位置传感器的设计转子位置传感器用于实时检测永磁同步电机的转子位置和速度信息。
常用的转子位置传感器包括霍尔传感器、编码器、绝对值编码器等。
其中，霍尔传感器具有体积小、价格低廉、安装方便等优点，但由于其精度较低，一般应用于电动自行车等简单的应用场合；编码器具有较高的精度和稳定性，广泛应用于电动汽车等高端应用场合。
50kW电动汽车永磁同步电动机电磁设计
0.25
BR
0.00
-0.25
-0.50
电机空载磁场分布
空载气隙磁密傅里叶分析 20
40
60
80
100
120
-0.75 0.00
0.8
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
Distance [mm]
电机空载气隙磁密分布
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
气隙磁密波形图
气隙磁密波形的傅里叶分析
气隙磁密频谱法分析
交轴电枢反应磁密波形
LOGO
（2）通交轴61A电流时仿真图
修改磁钢参数后的空载气隙磁密
61A交轴电流磁场分布图
气隙磁密波形图
气隙磁密波形的傅里叶分析
气隙磁密频谱法分析
交轴电枢反应磁密波形
LOGO
根据公式3.2同样仿真并计算出不同交轴电流时的交轴电枢反 应电感，并且与实验结果进行比较，其比较结果见下表。
140
1
空3 载气5隙磁密7 频谱9 分析11
13
由上图得到 B010.78T。
LOGO
3.2 基于有限元的永磁同步电动机同步电感参数计算 直轴电枢反应电感计算公式：
La d2Nqk1lB0I1d Bd1
3.1
交轴电枢反应电感计算公式：
Laq
2
Nkq1l
Baq1 Iq
3.2
LOGO
直轴电枢反应电感的有限元分析
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
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1新能源汽车永磁电机设计现代新能源汽车永磁电机设计提出基于多领域分析、多层面交叉耦合仿真的现代车用电机系统设计理念及其实现方法电机结构、电磁学、力学、热学电机单元、电力电子单元、数字控制单元及其控制策略解决了车用电机极限设计的多领域精确分析以及结合应用控制策略的交叉耦合仿真的深层处技术难题。
21.电机的概念设计与结构仿真。
概念设计是整个设计的核心与关键技术所在，结合结构仿真进行电机的制造工艺等工程技术方案的论证工作。
2.电机多物理场分析计算与设计方案认证。
工作着眼于电机内部的磁场，应力场，温度物的精确分析计算。
采用电机本体与驱动电路的耦合仿真精确分析计算电机系统的电磁性能；综合永磁电机转子的电磁应力、离心应力、热应力的性能分析，找出转子结构可靠性的薄弱环节，进行疲劳仿真与寿命估计。
基于热网络与温度场混合模型，分析电机导热与冷却结构的性能，在此基础上进行电机系统运行的热能管理仿真。
3.电机系统仿真与应用控制策略研究。
3各类新能源汽车永磁电机的设计实例1. IPM永磁—磁阻同步电机2. 盘式永磁同步电机-TORUS盘式永磁电机3. 盘式永磁同步电机-KAMAN盘式永磁车轮电机、4. 双馈电混合并联磁路无刷永磁电机、5. 旁路式混合励磁无刷永磁电机6. 独立磁路混合励磁电机7. 双机械端口能量变换器8. 新型双转轴能量变换器—磁性齿轮+永磁同步电机9. 混合励磁爪极电机456典型的IPM永磁—磁阻同步电机转子结构单层IPM 永磁电机双层IPM 永磁电机三层IPM 永磁电机电机本体与驱动电路耦合电磁仿真概念设计与结构设计转子结构应力分析与疲劳仿真振动模态分析等效磁网络法分析系统热能管理与热性能仿真基于多领域的IPM永磁—磁阻同步电机设计实例8ISG HEVHEVISG 车用电机设计与结构仿真9ISG 电机-内燃机一体化结构仿真车用电机设计与结构仿真10电机本体与驱动电路耦合电磁仿真有限元分析模型网格剖分Simplorer环境下电机本体与驱动电路耦合的电磁性能仿真11系统最大运行能力仿真程序最大能力仿真结果与实验对比考虑饱和因素的最大能力仿真结果250500750-250-500-7500-750-500-250250500750T=212NmT=100Nm9000rpm5500rpmA1A2T=310Nm /系统动态仿真程序定子电流控制策略原理图0rpm加速到7000rpm的性能仿真性能仿真结果定子d ，q 轴电流仿真波形15基于有限元法的永磁转子结构应力、疲劳仿真及其可靠性、敏感性分析转子最大离心应力转子表面形变分布转轴模态分析永磁转子应力分析16基于有限元法的振动模态、固有频率及其可靠性、敏感性分析三维有限元仿真模型定子振动模态r =2,3,4,5固有频率测试装备及响应图IPM电机热网络模型额定-峰值运行方式热性能仿真17IPM电机持续运行的温度动态仿真IPM电机持续运行的热量传递分布IPM电机磁密与铁耗分布18DS1103 控制板基于dSAPCE 的实时仿真平台20Simplorer 环境下电机本体与驱动电路耦合的电磁性能仿真21环境下的车用永磁电机系统仿真θΩnnacθ定子电流指令电机控制系统仿真模型电机控制系统示意图ISG 电机稳态电磁关系Simplorer环境下电机本体与驱动电路耦合的电磁性能仿真22系统动态仿真程序定子电流控制策略原理图0rpm加速到7000rpm的性能仿真性能仿真结果定子d ，q 轴电流仿真波形26基于dSAPCE 的车用永磁电机系统实时仿真平台硬件在回路仿真平台示意图基于dSPACE的车用永磁电机系统实时仿真平台示意图基于dSAPCE的车用永磁电机系统实时仿真平台车用牵引电机系统控制器实时仿真框图车用永磁同步电机矢量控制策略的实时仿真框图RTI12345678(RTI)(RTI)基于dSPACE的车用电机系统实时27DSP开发平台基于CAN通信的系统调试界面DSP2812控制板2830TORUS盘式车轮电机应用31 TORUS 盘式轮毂电机应用32334. 双馈电混合并联磁路无刷永磁电机—轴向磁场盘式结构电机34永磁体磁路去磁磁路助磁磁路35中国发明专利：双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机，授权日期：2008年4月23日授权号：ZL 200510112091.9）4.双馈电混合并联磁路无刷永磁电机—径向磁场结构电机5. 旁路式混合励磁无刷永磁电机旁路式弱磁概念3637旁路式混合励磁无刷永磁电机提出一种通过磁通旁路的方法调节气隙磁通的思想，既可改变感应电势大小，又能避免对磁钢去磁的危险。
直流励磁电流为助磁状态的电机磁路分析直流励磁电流为弱磁状态的电机磁路分析38旁路式混合励磁无刷永磁电机中国发明专利：旁路式混合励磁电机授权日期：2008年2月13日, 授权号：ZL 200510112090.4SSSSIronIronIronIron径向磁场结构轴向磁场结构Ac exciter中国发明专利申请：独立磁路混合励磁电机申请日期：2008年1月8日No.200810032392.43940Operation mechanism of HEIMP machineg B 4πExciting part g B (T)Weakening electric excitationEnhancing electric excitationPM excitationBack EMF and field adjustabilityPhase emf vs excitation mmfAirgap flux density vs excitation mmfz Mmf linearly enhances magnetizationz Two side adjustment of excitation (enhancing and weakening)41Analysis of vibration modesConceptual design and structure simulationωω43Rotating armature exciter:1. brushless2. compact structure3. low excitation rating45S. Huang et al,Co-control algorithm of MPPTand DC-Bus voltage applied to hybrid-excitation WECS (In Chinese), applied for Chinese Invention Patent, No:200810200814.4S. Huang et al, Wind-powered generating system with multiple armature-winding hybrid-excitation generator (In Chinese), applied for Chinese Invention Patent, No: 200810032392.4PatentAnalysis of vibration modesConceptual design and structure simulationωω47FEA of von Mises of rotorVon Mises stress at 136 m/sDisplacement at 136 m/sVon Mises stress vs velocityVon Mises vs isolatingbridge sizeOptimization on trade between von Mises and magnetic performanceDisplacement vspositionFEA of vibration modes of HEIMP machineStator, Winding & FrameMode 1Mode 2Mode 3 Mode 4Mode 5Mode 64849FEA of thermal flux and temperatureThermal flux in stator Thermal flux in rotor Temperature in machineTemperature in statorTemperature in rotorThermal flux in machine50EMF of AC Exciter Exciting Current of AC ExciterωωExciting Current of HEIMPBack EMF of。