在電動(dòng)汽車上應(yīng)用的磁阻式同步電機(jī)的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車的普及對未來的節(jié)能減排有著至關(guān)重要的作用，而電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，電機(jī)的性能好壞直接影響著電動(dòng)汽車的整體經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性?，F(xiàn)在大部分電動(dòng)汽車使用永磁同步電機(jī)，但是永磁體中的稀土資源緊缺，導(dǎo)致成本大幅度增加。本文致力于開發(fā)一種不含稀土的同步電機(jī)，并進(jìn)一步改善電機(jī)的性能：增加功率密度，提高效率等。

對磁阻式同步電機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，采用模塊化方法，主要分為以下四部分：定子繞組設(shè)計(jì)、電磁和機(jī)械設(shè)計(jì)、電力電子硬件設(shè)計(jì)、集成散熱設(shè)計(jì)。針對定子繞組設(shè)計(jì)，為了選擇磁阻式同步電機(jī)的最佳繞組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了三種不同的電線解決方案：具有矩形橫截面的“實(shí)心”線；直徑約1mm的“圓”線；直徑約0.15mm的“細(xì)線束”，根據(jù)其效率和制造復(fù)雜度等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了評估，確定使用并聯(lián)兩條實(shí)心線來設(shè)計(jì)定子繞組。在電磁和機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了最大化功率密度和電機(jī)效率，將無稀土的低成本永磁體插入到磁阻式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通屏障中，保證了在弱磁區(qū)域中提供足夠的扭矩并增加了整體功率因數(shù)。將高度集成化的逆變器與電子電力器件進(jìn)行了很好的結(jié)合，同時(shí)為了熱交換最大化，找到最佳的驅(qū)動(dòng)布局（電機(jī)-逆變器位置）和外殼形狀（散熱片分布和尺寸），進(jìn)行三維CFD模擬，對不同的布局和幾何形狀進(jìn)行了數(shù)值模擬和測試。

通過測試，設(shè)計(jì)的磁阻式同步電機(jī)功率超過設(shè)計(jì)目標(biāo)的17%，在3,700rpm時(shí)最大扭矩為133N·m，最大功率為49.7kW，峰值效率高于96%等良好的性能。磁阻式同步電機(jī)的開發(fā)很大程度上會(huì)推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及與電動(dòng)化。