电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计及分析.pdf

摘要

作为清洁能源汽车，电动汽车具有高能效，低噪音和零排放，成为世界新能

源汽车发展的主要方向。而对于永磁同步电动机，其结构简单，运行效率高，功

率密度高，调速性能优良，符合电动汽车用电动机的要求。因此，它在汽车工业

中受到很多关注，并已广泛应用于电动汽车领域。本文在有限元分析的基础上，

采用场路结合的设计方法进行了电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计和运行特

性分析。分析磁路结构参数变化对电机性能的影响，开发出适用于电动汽车的高

效率、高功率密度、高过载能力的驱动电机，并由此总结了适用于电动汽车驱动

的永磁同步电动机的设计方法，为后续系列产品的开发奠定了基础。本文的主要

研究工作有以下几个部分：

根据电动汽车发展的关键技术，结合电动汽车的特殊运行条件和动力驱动特

性，分析各种电动机性能的优缺点。本文选择内置永磁同步电动机作为研究对象，

通过对其结构特点和工作原理的分析，确定设计任务目标，使设计突出电动汽车

驱动电机的特性。

以有限元软件为基础，依据电机学和相关电磁场理论，本文采用场路结合设

计方法，确定了电机的设计方案，进行了电机主要尺寸设计、绕组方案确定、极

槽配合选择、永磁体参数计算、永磁体充磁方向分析、气隙长度的设计等工作，

完成样机的初步设计方案；然后根据电机电磁设计方案，建立有限元求解模型，

对电机进行有限元分析计算，主要是对电机的空载、负载及过载工况进行仿真，

并在此基础上研究电机的磁场分布、气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩、转矩

转速以及永磁体涡流损耗等；研究相关结构的参数变化对电机的影响；从转子结

构方面分析电机的弱磁扩速性能；为保证所设计的电机结构在运行时能够满足实

际工况的机械强度需求，还对电机进行机械结构仿真，确保电机的各部分的应力

能够满足所用材料的屈服强度的要求，保证电机的稳定运行。

最后依据设计结果制作了额定功率8.5kW、额定转速650r/min的样机，对

样机的性能进行试验测试，测试结果表明样机具有较大的过载倍数和高效运行区

域，达到预期设计目标。

关键词：电动汽车，永磁同步轮毂电机，电机设计，机械强度，有限元分析

I

ABSTRACT

Asacleanenergyvehicle,electricvehiclehasbecometheimportantdirectionof

thedevelopmentofnewenergyvehiclesintheworldbecauseofitshighenergy

efficiency,lownoiseandzeroemissions.Permanentmagnetsynchronousmotor

(PMSM)hasattractedwideattentioninthemotorindustrybecauseofitssimple

structure,highefficiency,highpowerdensityandexcellentspeedcontrolperformance.

Ithasalsobeenwidelyusedinthefieldofelectricvehicles.Basedontheapplication

offiniteelementanalysisandfield-circuitcombinationdesignmethod,thispaper

analyzesthedesignandoperationcharacteristicsofpermanentmagnetsynchronous

hubmotorforelectricvehicles,analyzestheinfluenceofmagneticcircuitstructure

parametersontheperfor