电动汽车用永磁电机的前沿技术课件.ppt

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1、电动汽车用永磁电机的前沿技术探讨唐任远国家稀土永磁电机工程技术研究中心1引言3提高功率密度的前沿技术探讨4降低成本的前沿技术探讨2提高效率的前沿技术探讨5多物理耦合的精确仿真与集成优化设计21.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求1）高功率密度和高转矩密度起动、低速爬坡时要求大转矩，高速巡航时要求大功率。1引言31831年世界上第一台电机（永磁直流电机）1.5匹马力重4吨，0.0003kW/kg1879年世界上第一台电动车用电机（电励磁直流电机）2.2kW重2吨，0.0011kw/kg1889年三相感应电动机3.7kW、1500r/min，重155kg，0.024kW/kg,Y系列三相

2、感应电动机（IP44）4.0kW4极重45kg0.089kW/kg45kW2极重322kg0.14kW/kg按峰值功率加倍计0.28kW/kg电动汽车“十一五”要求：≥1.2kW/kg“十二五“要求：≥2.7kW/kg1.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求41.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求2）高效最高＞94%高效区宽，特别是在低转矩运行时（轻载）（η＞80%）＞75%51.1电动汽车对驱动电机提出了苛刻要求3）低成本乘用车≤200元/kW商用车≤300元/kW其它要求：高可靠性、宽调速范围、低振动噪声……等。6稀土永磁产生靠电流产生效率低功率因数低可靠性低电机磁场高效、高功率因数

3、结构简单、运行可靠体积小、高功率密度形状和尺寸灵活多样反应快，动态性能好1.2永磁电机的优缺点1引言7优点：高效高功率密度缺点：磁场调节困难，恒功率运行（弱磁扩速）范围窄成本高、钕铁硼永磁材料贵1.2永磁电机的优缺点必须把永磁电机的优点发挥到极限。目前世界上销量最大的几种电动汽车都用永磁同步电机系统81引言3提高功率密度的前沿技术探讨4降低成本的前沿技术探讨2提高效率的前沿技术探讨5多物理耦合的精确仿真与集成优化设计92.1采用分数槽集中绕组2提高效率的前沿技术探讨a）重叠、分布绕组b）重叠、集中绕组c)非重叠、单齿绕d）非重叠、隔齿绕4极24槽4极12槽4极6槽4极6槽102.1采用

4、分数槽集中绕组优点：1）绕组端部短铜耗小、效率高；2）自感大，特别是隔齿绕电机弱磁性能好，短路电流小；3）齿槽转矩小，不需要斜槽；4）每相绕组在电磁、热、机械上隔离；相间互感小，容错能力强。缺点：1）转子涡流损耗大，温升高。永磁体需要分段2）噪声和振动相对比较大112.2采用非晶合金替代硅钢片片厚0.025mm基本铁耗是硅钢片的1/3~1/5但加工困难，价格较贵，饱和磁密低。2提高效率的前沿技术探讨122.3通过IGBT开关切换电动机线圈一套绕组很难同时满足低速和高速运行时高性能的要求根据电动机的转速来切换电动机流经电流的线圈，使电动机一直保持90%以上的效率低速时使用整个线圈，高速时

5、使用半个线圈并联，使高速时无需弱磁。2提高效率的前沿技术探讨缺点：接线增加、布线复杂。131引言3提高功率密度的前沿技术探讨4降低成本的前沿技术探讨2提高效率的前沿技术探讨5多物理耦合的精确仿真与集成优化设计14高功率密度意味着单位体积的发热量大，温升高。因此：1）提高效率，减少发热量。2）合理设计冷却系统，提高散热能力。分数槽集中绕组用得少的原因之一就是温升高。3提高功率密度的前沿技术探讨3.1冷却系统合理设计151）传统的自然风冷不再适用2）开启式少用3）特殊的强迫风冷方式4）国内基本上采用定子水冷。国外一般采用定子水冷、转子油冷。3.1冷却系统的合理设计16特殊的强迫风冷方式冷却

6、方式的合理设计-风冷3.1冷却系统的合理设计17水套结构水路截面积形状3.1冷却系统的合理设计183提高功率密度的研究动向3.2选用高性能材料1）高电导率导线（银铜合金）2）低损耗硅钢片非晶合金3）高热导率材料作机壳193.3新型结构、设计优化和先进工艺3提高功率密度的研究动向盘式永磁电机结构转矩密度高定子可无槽，齿槽转矩小制造费用高电抗小，恒功率范围窄201引言3提高功率密度的前沿技术探讨4降低成本的前沿技术探讨2提高效率的前沿技术探讨5多物理耦合的精确仿真与集成优化设计214.1利用磁阻转矩4降低成本的前沿技术探讨IPM有着非常好的特点，其中的电磁转矩除了磁场与电流作用产生的之外还

7、有磁阻转矩。22同步磁阻电机无永磁利用磁阻转矩转矩密度低效率低、功率因数低永磁助磁同步磁阻电机内置式电机技术采用铁氧体永磁或少量的稀土永磁，提高功率密度，效率，功率因数，但低于传统钕铁硼内置式电机约75%4.1利用磁阻转矩234.1利用磁阻转矩磁阻转矩显著增加增加调速范围层数太多加工困难，通常2-3层。缺点：结构较复杂，制造费用高244.1利用磁阻转矩V型计算模型磁场分布254.1利用磁阻转矩V一型计算模型磁场分布26双凸极磁链切换开关磁链电机