無人車用高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。矩650Nm的車用高速輪轂永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為例，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，采用田口法對(duì)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證輸出轉(zhuǎn)針對(duì)輪轂電機(jī)大直徑轉(zhuǎn)子高速下轉(zhuǎn)子強(qiáng)度問題，重點(diǎn)研究熱態(tài)工況高速離心力作用下轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析。該研究對(duì)于重載無人車用高速永磁電機(jī)設(shè)計(jì)具有理論指導(dǎo)意義。根據(jù)工信部于中國汽車工程學(xué)會(huì)聯(lián)合編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，未來重載無人車用電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢也將永磁電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置可分為外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)和內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電內(nèi)轉(zhuǎn)子高速永磁電機(jī)以其轉(zhuǎn)子半徑小可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢，成為高速永磁電機(jī)的首選結(jié)構(gòu)[1]。效地提升電機(jī)的過載能力和功率密度[2]。內(nèi)置式永磁電機(jī)無需綁扎帶等對(duì)轉(zhuǎn)子的加固措施增加氣隙長度，提高了運(yùn)行效率和功率密度[3]。內(nèi)置式永磁電機(jī)將引入較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[4]。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)不僅產(chǎn)生電磁噪聲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，而且影響車內(nèi)乘客的舒［8-10］兩個(gè)方面展開轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制技術(shù)的研究。輪轂電機(jī)由于受結(jié)構(gòu)的限制和高集成度的需求，通常為扁平結(jié)構(gòu)本文以一臺(tái)峰值功率65KW、轉(zhuǎn)速9500r／min的重載無人車用通過搭建電機(jī)的電磁和溫度場計(jì)算模型，得出電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度分最后采用二維應(yīng)力仿真分析模型，完成對(duì)轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)，峰值功率/kW峰值轉(zhuǎn)矩/Nm轉(zhuǎn)子鐵心外徑/mm軸向長度/mm6本文所設(shè)計(jì)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)速為9500r／min，根據(jù)文獻(xiàn)［11］得出五具有較高的永磁體利用率有利于降低永磁電機(jī)的成本，較高的弱磁率有利于提高永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，較強(qiáng)的抗去磁能力有利于提高輪轂電機(jī)運(yùn)行的可靠性。[12]。田口法的設(shè)計(jì)流程如圖2所示?；兟蔜HD(Br）作為優(yōu)化目標(biāo)。選取對(duì)磁路影響較大的參數(shù)作為優(yōu)化因子，分別為極弧系數(shù)αp,永磁體之間的夾角αV,隔磁橋?qū)挾萣1,水平413234THD(Br)/%1111121222313334144451555621237223482345924512512313532413352341335244142425343144425453151545215532154325543為了對(duì)電機(jī)的仿真結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，首先根據(jù)表4,計(jì)算仿根據(jù)式(1)計(jì)算得到氣隙磁密和齒槽轉(zhuǎn)矩平均矩平均值3.28Nm。k為第k次的優(yōu)化目如式(2)通過式(2)對(duì)每個(gè)磁路參數(shù)的每一階因子的平均值進(jìn)行計(jì)算，THD（Br）/%Tcog23413通過分析每個(gè)參數(shù)在電機(jī)徑向氣隙磁密THD和齒槽轉(zhuǎn)矩兩個(gè)性能指標(biāo)下的方差（SS反映出每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)PMSM性能的求得計(jì)算結(jié)果如表6所示。m(S)為優(yōu)化目標(biāo)的S)為因子X在水平i下的某一優(yōu)化目標(biāo)的Tcog比重/%比重/%21確定最佳的參數(shù)組合和仿真結(jié)果如表7、表8和圖5所示。αpαVb2b1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)/%輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用的是轉(zhuǎn)子鐵心沖片與轉(zhuǎn)軸過盈配合，由于力，同時(shí)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子鐵心與軸容易出現(xiàn)分離，雖然可以/min，計(jì)算出輪轂電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的溫度分布，如圖6所示。根據(jù)圖6所示，輪轂電機(jī)機(jī)殼的溫度為79℃,定子軛部的溫定子齒部最高溫度142.2℃,槽內(nèi)繞組中央的溫度為147.8℃,轉(zhuǎn)子鐵心溫度為132.7℃,永磁體的溫度為151.2，轉(zhuǎn)軸中心位置的溫度為121.8℃。根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，定子越靠近水道的溫度越低，轉(zhuǎn)子由于重載無人車用永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速為9500r／min，為使轉(zhuǎn)子沖片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。沖片主要的受力形式之一。同，離心力不僅由轉(zhuǎn)子沖片的磁橋來承受，而且整個(gè)沖片同樣也本文主要對(duì)沖片在最高轉(zhuǎn)速的工況下進(jìn)行有限元分析，在不改變由于輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子的優(yōu)化過程并未對(duì)磁路主要此優(yōu)化前后的輪轂電機(jī)的電磁性能不會(huì)受到較大的影響。輪轂電機(jī)在峰值轉(zhuǎn)速工況下安全可靠運(yùn)行。(1)為了提高無人車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，抑制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，本文采用田口法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并利用有限元分析軟件完成仿真實(shí)驗(yàn)分析，找到最優(yōu)的參數(shù)組合。優(yōu)化前后電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低了1.3％。(2)基于轉(zhuǎn)子沖片的溫度分布，采用2D有限元仿真軟件，通過優(yōu)化使得轉(zhuǎn)子可以滿足峰值轉(zhuǎn)速9500r/min的需求。參考文獻(xiàn)降振優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].磁振動(dòng)噪聲削弱方法研究[J].8.[7]陳坤．永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的控制策略研究[D].沈陽：[10]GeX,ZhuZQ,KempG,etal.OptimalStep-skewMethodsfor[11]王艾萌．新能源汽車新型電機(jī)的設(shè)計(jì)及弱磁控制[M].北京