基于扁铜线绕组的车用永磁同步电机性能分析.pdf

NO.691 1 2 3 4 摘 要：基于某款36 kW的电动汽车驱动用永磁同步电机，在保 证体积相同的前提下，分别对比分析了圆铜线绕组电机和扁铜线 绕组电机的性能，同时分析了整车NEDC （新欧洲驾驶周期）工 况下的2种电机效率表现。 分析结果显示，扁铜线电机的功率密度得到了大幅的提升，效率 也提升明显。 另外，在整车NEDC工况下，扁铜线电机的实际工作效率也提升 明显，特别是当整车高速行驶时，效率提升尤为明显，有效解决 了电动汽车高速行驶时能耗过高的问题。 关键词：扁铜线绕组；永磁同步电机；性能分析；NEDC工况 1、引言 永磁同步电机作为当前电动汽车的核心零部件[1] ，其性能直接影 响电动汽车的动力性、经济性及可靠性。 目前的永磁同步电机技术已经发展得非常成熟，动力性、可靠性 方面均可满足电动汽车的要求。 但对经济性的追求是无止境的。 电动汽车对永磁同步电机的经济性需求主要指以最低的单位成本 实现最高的输出能力，同时获得更高的能量转换效率。 扁铜线绕组（又称发卡式绕组、Hair-Pin绕组）技术是当前的热 门技术，国内外电动汽车驱动电机已普遍采用。 区别于传统的圆线电机绕组通过定子槽口嵌入到定子槽内，扁铜 线电机的结构特点为绕组成型后直接从定子端面插入到定子槽内， 不受定子槽口尺寸的影响，所以定子绕组的两端尺寸短，且绕组 的槽满率可以设计得更高。 因此，扁铜线绕组电机的端部损耗更低、功率密度更高，从而达 到了提高电机效率、降低成本的目的[2] ，符合电动汽车对驱动电 机的性能需求及经济性需求。 本文基于一款36 kW的电动汽车驱动用永磁同步电机，将原本的 传统圆铜线绕组永磁同步电机改为扁铜线绕组永磁同步电机，通 过对比分析圆铜线绕组电机和扁铜线绕组电机的性能，并结合电 [3] 动汽车的NEDC （新欧洲驾驶周期）工况 ，分析圆铜线绕组电 机和扁铜线绕组电机整车NEDC工况下的能耗情况，总结扁铜线 绕组对电机性能和整车能耗的提升幅度，为后续的扁铜线电机设 计提供一定的参考。 2、 电机主要参数模型 电机运转时，能量以电磁能的形式通过定、转子之间的气隙进行 传递，对应的功率称为电磁功率，因此电磁功率与电机的主要尺 寸密切相关[4] ，其计算公式可表达为： 式中，D为电机的定子铁心直径； lef 为电机的定子铁心有效长度； P为电机的功率； α p 为极弧系数； KNm为气隙磁场的波形系数； K 为电枢绕组系数；A为电流线负荷； B 为气隙磁密。 dp δ 由式（1 ）可知，电机功率和转速一定的前提下，电机的主要尺 寸取决于电机电磁负荷A和 B 的选择，而在电机体积和最高转速 δ 不变的前提下，电磁负荷设计得越高，电机的输出功率越大，这 样可以有效提升电机的功率密度。 由于扁铜线电机所具有的结构特性，其绕组槽满率高，绕组端部 短，散热能力强，所以其电流线负荷可以设计得更高，从而实现 功率密度和输出能力的提升。 同时扁铜线的特性也可以进一步降低电机的铜损，实现电机效率 的提升。 3、性能分析 3.1 圆铜线电机性能分析 原车使用的圆铜线电机主要性能参数见表1 ，其是一款电动汽车 驱动用永磁同步电机，峰值功率36 kW、峰值扭矩120 N·m、最 高转速7 500 r·min-1 ，电压平台345 Vdc。 表1 圆铜线电机标称性能参数 性能参数 圆铜线电机 额定