电动汽车用永磁同步电机的发展分析

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与传统的直流驱动系统相比，法国采用的３相永磁同步电机主要有以下三方面提高：①功率密度比和转矩密度比高；②效率更高；③可靠性提高，维修方便。德国第三代奥迪混合电动车驱动电机采用了永磁同步电机。其最高转速为１２５００ｒ／ｍｉｎ，最大输出功率３２ｋＷ。

２．３美国电动车用永磁同步电机状况

美国的电动车开发比日本晚。在美国，感应电机的设计及其控制策略的发展较为成熟，所以电动车驱动电机还主要以感应电机为主。但美国也进行了永磁同步电机的研究，而且成果卓著。ＳａｔＣｏｎ公司ＪａｍｅｓＨ．Ｇｏｌｄｉｅ和ＫｅｖｉｎＥ．ＬｅＲｏｗＲ．Ｅ．等人研制的永磁同步电机采用定子双套绕组技术，既扩大了电机的转速范围，又有效利用了逆变器的电压，绕组电流低，电机效率高。表４是美国ＳａｔＣｏｎ公司研制的电机在不同转速和功率下的效率特性ｍ］：

表４ＳａｔＣｏｎ技术公司研制的电机效率特性

３研究的热点及其发展趋势

作为车辆电驱动系统的中心环节，驱动电机的总体性能是设计研制技术的关键之一［１６｜。根据车辆运行的特殊环境以及电驱动车辆自身的特点，对驱动电机的技术要求主要是：

（１）体积小、重量轻；有较高的功率和转矩密度；

（２）要求在宽速域范围内，电动机和驱动控制器都有较高的效率；

（３）有良好的控制性能以及过载能力，以提高车辆的起动和加速性能。

３．１提高电机转矩特性

（１）提高输出转矩

１３本电机工程研究实验室与其它公司合作推出采用双层永磁体的内置式永磁同步电机，提高了电机的交轴电导，使电机转矩增加１０％，最大效率区增１０％，最大峰值效率可达９７％以上，主要运行区域效率可大于９３％。

（２）降低转矩脉动

在抑制转矩脉动方面，通常通过对电机结构进行优化设计来实现。例如：采用不均匀气隙，在转·舳·子上分布圆形孔洞，优化定子齿形，优化磁极形状等等。图２为一种新型永磁体形状设计。磁桥宽度保持不变，随着角度０变小，转矩脉动和齿槽转矩减小。

图２标准模型与修改后的模型

３．２提高弱磁扩速能力

弱磁控制可以实现永磁同步电动机在低速时能输出恒定转矩，高速时能输出恒定功率，有较宽的调速范围。较弱的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高系统性能；或者说在保持系统性能不变的前提下降低电机的最大功率，从而降低逆变器的容量。因此对永磁同步电动机进行弱磁控制并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。

为了提高电机效率、扩大电机的弱磁能力，国内外提出了许多弱磁设计方案：其中代表性的主要有：

（１）定子采用深槽结构：通过采用深槽结构增加直轴漏杭，从而增加电机的弱磁能力。日本人采用这种方法设计出的样机最高速度可达１３０００ｒ／ｍｉｎ。但采用这种方法高速铁耗比较大。日本电机采用了高性能低饱和硅钢片，采用普通的硅钢片材料设计效果不会很好。

（２）复合转子结构：复合式转子由永磁段和轴向层叠磁阻段组成，两者同轴置于同一定子铁心内。可以对这两部分进行设计，磁阻段用于控制电机直、交轴电抗参数，以获得需要的凸极比。这种结构可以增大电机的直轴电抗，扩大电机的转速范围。但这种结构会使转矩密度降低，高速时铁磁损耗很大。

（３）交替极结构永磁电机：这种电机的定子由叠片铁心、铁轭以及３相绕组组成；沿圆周的直流绕组被放置在定子铁心的中间。转子极分为两部分：一部分放径向磁化的永磁体，一部分为铁极结构。该结构容易实现弱磁控制，但直流绕组的引入减小了功率密度，对空间体积的要求也增加了。

（４）双套定子绕组：低速时采用低速绕组提高电机的转矩、降低电流从而提高电机的效率，高速时采用高速绕组降低电机的反电势扩大电机的高速运行范围。美国技术公司就采用了这项技术。沈阳

工业大学和大学也对这项技术进行了研究。香

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电动汽车用永磁同步电机的发展分析

作者：彭海涛， 何志伟， 余海阔， PENG Hai-tao， HE Zhi-wei， YU Hai-kuo

作者单位：华南理工大学电力学院,广州,5100

刊名：

微电机

英文刊名：MICROMOTORS

年，卷(期)：2010,43(6)

被引用次数：11次

1.王书贤;邓楚南电动汽车用电机技术研究[期刊论文]-微电机 2006(08)

2.许峻峰;张朝阳;冯江华电动公交车用永磁同步电机实验研究[期刊论文]-大功率交流技术 2008(06)

3.陈清泉现代电动车、电机驱动及电力电子技术 2006

4.杨竞衡电动汽车的电气传动系统 1999(04)

5.海老原大树;王益全;刘军电动机技术实用手册 2006

6.林辉;史富强永磁同步电动机控制策略综述[期刊论文]-国外电子元器件 2008(12)

7.李烨;严欣平永磁同步电动机伺服系统研究现状及应用前景[期刊论文]-微电机 2001(04)

8.葛宝明;王祥珩;苏鹏声交流传动系统控制策略综述[期刊论文]-电气传动自动化 2001(04)

9.沈建新永磁无刷直流电动机特殊绕组结构及无位置传感器控制的研究[学位论文] 1997

10.Takayuki Mizuno;Yasuo Yanagibashi Hiroshi Shimizu,New Drive System for Electric Vehicle 1996

11.王铁成;代颖;崔淑梅电动车用永磁同步电机研究状况[期刊论文]-微电机 2005(01)

12.唐苏亚电动车及其电机的发展概况 1996(02)

13.Kohei Suzuki;Kazuo Chiba;Masato Fukino;Mashiko Tahara Development of the Nisaan AITRA-EV 1997

14.Kenji Endo;Akihide Mashimo A high Performance Permanent Magnet Motor for Electric Vehicles 1997

15.Videau J A;Ades C VEDEUC:Research/Industry cooperation programme on EV in

France(PARTⅡ).Technical achievements after two years 1997

16.Neil Garcia-Sinclair A Low Cost Brushless DC Traction Motor/Controller System 2002

17.代颖;王立欣;崔淑梅电动汽车用永磁同步电机评述[期刊论文]-微电机 2005(03)

1.王慧波.陶志军.窦汝振.WANG Hui-bo.TAO Zhi-jun.DOU Ru-zhen一款电动汽车用的永磁同步电机控制系统的设计[期刊论文]-微电机2010,43(11)

2.代颖.王立欣.崔淑梅电动汽车用永磁同步电机评述[期刊论文]-微电机2005,38(3)

1.韩冬林基于PS12036的三相永磁同步电机逆变电源设计[期刊论文]-电源技术 2013(8)

2.黄明明.郭新军.周成虎.骆继明一种新型电动汽车宽调速驱动系统设计[期刊论文]-电工技术学报 2013(4)

3.郭健.秦建波.吴益飞永磁同步电机抗抖振滑模控制算法研究[期刊论文]-电力电子技术 2012(2)

4.焦晓红.李帅永磁同步电机驱动电动汽车速度自适应控制[期刊论文]-电机与控制学报 2011(11)

5.李小凡.郭兴众改进的磁链观测器在永磁同步电机上的应用[期刊论文]-微电机 2011(9)

6.杨康.魏海峰.顾凯电动汽车空调压缩机用永磁同步电机变频控制系统[期刊论文]-电机与控制应用 2014(1)

7.李小凡.郭兴众永磁同步电动机自抗扰磁链观测器的研究[期刊论文]-微特电机 2011(4)8.张成.王心坚.宋国辉.孙泽昌PMSM最大转矩电流比全速控制策略及其仿真[期刊论文]-微特电机 2013(1)

9.车长金.曲永印.刘德君.崔洋.白娟基于PMSM-DTC的电动汽车驱动控制[期刊论文]-北华大学学报：自然科学版2011(6)

10.陆旦宏.金龙.张仰飞.章心因基于空间电压矢量细分和调制的永磁同步电机直接转矩控制[期刊论文]-微电机2011(12)

11.陆旦宏.李庆.张仰飞.章心因基于永磁同步电机的风力机模拟系统的仿真[期刊论文]-南京工程学院学报（自然科学版） 2011(3)

引用本文格式：彭海涛.何志伟.余海阔.PENG Hai-tao.HE Zhi-wei.YU Hai-kuo电动汽车用永磁同步电机的发展分析[期刊论文]-微电机 2010(6)