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投稿邮箱：tougao@maicai360.cn 摘要 述了新能源汽车对电机的基本要求，并对一种新型混合动力电机电磁设计、结构设计、散热、结构强度和模态展开分析探讨。 0引 言 随着汽车工业的不断发展及汽车保有量的快速增加，能源短缺和环境污染日益严重。人们对更清洁、更环保、来源更丰富的新动力展开了研究探索。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。主要包括燃气汽车、燃料电池电动汽车、纯电动汽车、氢能源动力汽车、太阳能汽车、混合动力汽车(油气混合、油电混合)及其他新能源汽车灯，与传统汽车相比，废弃排放量及污染低?。电动汽车作为新能源汽车的主要构成部分，以电驱动为基础，不仅在能源、环境等方面具有独特的优越性和竞争力，而且能够利用现代控制技术实现机电一体化目标，因而有着广阔的发展前景。电机作为动力输出的执行单元成为研究的热点。考虑复杂环境、高功率要求和宽调速范围的电机设计成为研究的重点。 1新能源汽车驱动电机基本性能要求瞳 新能源汽车用电机在满足汽车行驶时对扭矩的要求，还需要考虑行驶舒适性、环境适应性和单次充电续航里程等要求。同时应用于混合动力汽车的电机，需要安装在汽车动力总成内狭小的空间内，其工作环境(高温、散热条件差、耐油腐蚀等)比普通电机恶劣的多。所以此类电机比普通工业用电机具有更加严格的技术规范及性能要求，在性能方面主要要求如下。 (1)调速范围宽。低速时，电机输出扭矩高，满足汽车启动、加速、负载爬坡等要求，即使没有变速器，电机本身也能够满足所需要的低扭特性。高速时，输出恒定功率，满足普通路面高速运行和超车要求。 (2)效率和功率密度高。在较宽的转速和转矩范围内具有很高的效率，功率密度高可降低车重，均可提高行驶里程。电动汽车用电机的体积、重量仅为工业用电机的l／3—1／4。 (3)瞬时功率大，过载能力强。保证电机具有4—5倍的过载能力，保证汽车短时加速和最大爬坡度的要求。 (4)电机质量轻、体积小。尽可能采用铝合金外壳减小整车质量。 (5)高可靠性。在任何情况下都需要保证汽车具有较高的安全性和良好的抗振性能。 (6)电压高。在允许的范围内尽可能采用高电压输出，减小电机和导线尺寸。同时，需要结合整车、逆变器及安全性等综合考虑。 (7)环境适应性高。需要保证汽车行驶在不同区域环境内，电机能够正常工作，具有较好的耐高温、耐潮湿能力。 (8)能量回收效率高。保证汽车在减速过程中高效回收能量，提高能量利用率和续航里程。 (9)其他。结构简单可靠、价格低廉便于普及、成产成本低，运行维护方便。 2新型混合动力汽车电机设计探讨 与传统汽车相比，混合动力汽车采用发动机和电机协同工作的模式，有效减小了燃油消耗和污染物排放，同时与纯电动相比，不受续航里程限制，因此成为目前新能源汽车研究与开发的重点之一。 随着技术的不断发展至今，目前新能源电机采用的驱动电机有四大类：直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。各种系统具有各自的优缺点，其中永磁同步电机以无可比拟的转矩密度、效率及调速范围宽等优势，在绝大多数新能源汽车中得到了很好的应用。但对于混合动力驱动系统中的单轴并联式ISG混合动力驱动电机，由于安装空间有限，功率密度要求高等要求，永磁同步电机成为首选。同时ISG混合动力汽车只需要对内燃机做简单改造实现混合动力技术，改造成本低，容易批量生产。目前国外较成熟的此类产品有本田Ilv执系统等。 本文就一台峰值功率20 kw(大于10秒)，最高转速5500倒n和最大扭矩为150 N·m的单轴并联式ISG混合动力驱动电机设计进行探讨。 (1)电机电磁设计 为了有效减小ISG电机尺寸，从电机设计角度，必须提高线负荷么和气隙磁密风。 由于电机轴向尺寸限制，电机必须采用集中式绕组，同时定子也采用拼块式结构进行组装。转子永磁体由于转子结构限制，仅能采用“一”字形结构。所设计的分数槽集中绕组电机由于转矩脉动较大，为了有效削弱电机转矩脉动，电机转子采用多段错极结构。 在初步电磁结构参数的基础上对电机进行有限元分析，分别对电机齿槽转矩、空载反电势、空载损耗、永磁体退磁风险、最大转矩及转矩脉动情况、拖曳转矩及电流、电机外特性和效率MAP进行了初步分析。   (2)主要结构设计 根据混合动力电机的开发目标参数，电机的外形参数过于紧凑。为尽量减少电机端部长度，电机设计采用周向双层分数槽集中绕组结构。电机的定子采用拼块式结构，采用分数槽集中式绕组(y：1)。绕组线圈紧密缠绕在一个定子齿上，绕组端部很短，可有效节省材料，降低铜耗，槽满率高，简化嵌线工艺；能有效降低齿槽转矩；能提高电机功率密度，降低功耗和制造成本。此设计方法在混合动力汽车电机的设计中已成为一个发展趋势。但定子采用拼块式结构，由于块数较多、尺寸太小，电机制造工艺存在一定难度。转子冲片也设计自扣锁小凸起。因转子铁心采用多段式错极结构，转子冲片有三种。三种转子冲片的差别在转子槽与内圆四个凸台的角度有角度差，以保证转子磁极错极角度。  电机采用水冷方式散热，设计了如图9所示的散热水道结构。由机壳(内水套)、外水套两部分组成，内水套中央有一块环形隔板将水道路内腔分为进水室和出水室两个腔体，进出水口均在电机上方，电机下方的环形隔板开设缺口。冷却水从进水口进入进水室后沿机壳外表面向下流动，然后从下方环形板缺口流入出水室，再向上流动由出水口流出，整个流道呈U形，故称为U形流道，采用U形流道可使冷却水流经电机表面的路径加长一倍，大提高了散热效果，另外在环板上还设计有和两边端板上紧固螺钉搭子交错分布筋板，使冷却水呈s形流动，且加大了水流的雷诺数R。，使冷却水在电动机表面流动状态为紊流，进一步提高了散热效果。  (3)散热分析 混合动力汽车的驱动电机系统，功率大体积小，受散热条件限制，其大部分的功率区都无法满足稳态持续运行的条件，电机主要以高功率短时运行为主。但是通过稳态温度场的仿真计算，可以了解电机各部分的热阻特性以及水冷系统的散热性能等重要参数，比如在保护温度下的最大散热功率、可稳态持续运行的最大相电流、最大温升发生的位置以及最大热阻所在位置等。这些参数对指导电机散热措施的设计有重要意义。   (4)结构强度和模态分析 对电机各部分结构分别进行了结构强度校核及振动模态分析，仿真结果表明该结构设计满足电机运行工况需求。  (5)试验样机 在以上电磁设计、结构设计、温度场仿真及结构强度和模态分析的基础上，试制了一台ISG混合动力电机。并准备卜测试台架测试。电机转子如图16所示，图17为电机样机。  3 结语 新能源汽车对作为新能源汽车驱动系统的主要部件电机提出越来越高的要求，永磁体同步电机以其自身的优势在新能源中所占比重越来越大。作为汽车混合动力系统所必须的部件，其设计也越来越重要，传统设计方法不能够满足此类电机设计的需要。设计过程必须把电磁仿真、温度场仿真和结构仿真结合起来。本文对一台单轴并联式ISG电机进行了设计探讨，并对电磁性能、结构设计、不同工况电机散热情况、电机不同结构部件的结构强度和模态进行了分析。  来源 | 网络 编辑 | 旺材小编，转载请注明出处  旺材电机2017版硅钢分布图 已经公开预售啦  掌握地利 把控时局 购买地图 游刃当下 |
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