孙玉玲;刘艳;林伟义
【摘 要】永磁同步电机应用在电动汽车及混合动力汽车上已经十分普及,不仅因为永磁同步电机具有尽可能宽广的弱磁调速范围,能够在电机最大功率不变的条件下提高电动汽车的起动加速能力及低速爬坡能力,而且永磁同步电机具有较高的功率密度比.应用在电动汽车上,更为有效地降低电动汽车的质量,从而提高电动车效率. 【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2011(000)004
【总页数】5页(P12-16)
【关键词】电动汽车;永磁同步电机;永磁材料;最佳工作点
【作 者】孙玉玲;刘艳;林伟义
【作者单位】奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽,芜湖,241009;奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽,芜湖,241009;奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽,芜湖,241009
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.631
本论文由两部分组成，第一部分提出一种永磁体工作点的计算，当永磁材料的退磁曲线有拐点时，进行去磁校核计算，即计算出电机运行时可能出现的最大去磁电流，用以求出此时的工作点，此点必须保证高于退磁曲线的拐点，避免产生不可逆退磁。第二部分在第一部分永磁体工作点选择适当的基础上，设计了一款电机，两轮样机在经过台架验证后，电机的性能满足要求。 1 永磁体最佳工作点的计算
机器人移动底盘1.1 稳定性设计
为了保证电动汽车永磁电机的电气性能不发生变化，能长期可靠地运行，要求永磁材料的
磁性能保持稳定。通常用永磁材料的磁性能随环境、温度和时间的变化率来表示其稳定性，主要包括热稳定性、磁稳定性、化学稳定性和时间稳定性。核桃去壳机
永磁材料的温度特性还可用居里温度和最高工作温度来表示，随着温度的升高，磁性能逐步降低，当升至某一温度时，磁化强度消失，该温度就称为永磁材料的居里温度，又称居里点。
钕铁硼永磁材料的不足之处就是居里温度较低，温度系数较高，剩磁密度Br的温度系数可达-0.13%K-1，内禀矫顽力HCI的温度系数达-（0.6～0.7）%K-1， 因而高温下使用时磁损失较大。由于钕铁硼永磁材料的温度系数较高，造成其磁性能稳定性较差，一般的钕铁硼永磁材料在高温下使用时，其退磁曲线的下半部分要发生弯曲，见图1。为此使用普通钕铁硼永磁材料时，一定要校核永磁体的最大去磁工作点，以增强其可靠性。对于超高矫顽力的钕铁硼永磁材料，内禀矫顽力已可大于2 000 kA／m，其退磁曲线在150℃时仍为直线。
图1 钕铁硼永磁材料的退磁曲线
退磁曲线所表示的磁通密度与磁场强度间的关系，只有在磁场强度单方面变化时才存在，实际上，永磁电机运行时受到作用的退磁磁场强度是反复变化的。
永磁材料的退磁曲线随着温度的不同而随之变化，如图2所示。开始拐弯的点称为拐点，当退磁磁场强度不超过拐点K时，回复线与退磁曲线的直线段相重合；当退磁磁场强度超过拐点后，新的回复线就不再与退磁曲线重合。为了使永磁电机的磁性能在运行过程中保持稳定，在选择永磁体的尺寸时，就要选择拐点以上的点。此点与永磁体的尺寸有着密切联系。
当电机空载运行时，仅有永磁体作为磁源，因此，图解法求解等效磁路就是求出回复线与空载比磁导的交点，如图2所示。
图2 不同温度下钕铁硼永磁材料的内禀退磁曲线和退磁曲线 （N38UH）
在图2中，Pn为空载运行时的比磁导曲线，Pn′为负载运行时的比磁导曲线；B-H曲线表示永磁体的磁感应强度B随磁场强度H改变的特性，称为退磁曲线；Bi是物质磁化后内在的磁感应强度，成为内禀磁感应强度，Bi－H称为内禀退磁曲线。
实际设计永磁同步电机时，不仅要考虑空载运行时永磁体的退磁，更重要的是考虑负载运行时的去磁作用，应使永磁体的最大去磁工作点高于所采用的永磁材料在最高工作温度下退磁曲线的拐点，并且留有一定的裕度。
1.2 永磁体工作点的计算
圆片形和方片形永磁体如图3所示。圆片形和方片形磁体的计算方法一致，以下以方片形磁体的计算为例。
图3 圆片形和方片形永磁体
式中：L——永磁体的充磁长度；S——永磁体的表面积；SJ——垂直于磁化方向的截面积。
Pn与退磁曲线的交点，即为永磁体的工作点PC，每个工作温度下的电机内禀退磁曲线对应着每个温度下的退磁曲线，Pn与退磁曲线的交点PC在拐点以上，电机的磁性能稳定性比较可靠，假如交点PC落在拐点以下，则需要重新校核永磁体的尺寸。
1.3 其他混合动力或电动车电机永磁体的最佳工作点对比
目前，国内外混合动力和电动车发展如火如荼，日本新能源汽车走在节能环保的前列，国内的新能源汽车也已上市或即将上市。
1.3.1 几家混合动力电机情况分析
1）Prius永磁同步电机
混合动力的类型包括串联型、并联型、混联型。Prius是第1辆采用混联型的HEV，它的动力系统叫做Toyota Hybrid System （THS），结合了并联、串联两种方式的特点。由发动机、发电机、电动机、行星齿轮、逆变器、电池组成，其中，发电机和电动机都可以作电动机，也可以作发电机，行星齿轮将两个电机、发电机有机地联系起来。金蝉养殖吧
登船梯Prius发展到目前为止，共经历了3代电机，第1代驱动电机采用的是内嵌直永磁体，第2代、第3代驱动电机采用的是V型永磁体，论文中的是第1代永磁体。第1代电机的额定功率为33kW，最高转速为6000r／min， 最大力矩为350～300Nm （0～1040r／min）。转子与永磁体如图4所示。
防爆电动紧急切断阀图4 Prius永磁同步电机转子和永磁体
2）本田Accord（雅阁）电机
焊接三通1997年，本田公司开发出第1代IMA （Integrated Motor Assist）系统。1999年12月，搭载IMA系统的insight在美国上市，本田成为第一个在北美销售混合动力车的公司。2003年，装配第2代IMA系统的四门小型轿车civic投放市场，深受消费者欢迎。本田Accord（雅阁）混合动力车成为第3代IMA系统装备起来的混合动力中型轿车，也成为世界上第一款混合动力中型轿车。
Accord电机如图5所示，是一个三相超薄永磁同步电机，安装在发动机和CVT（无级变速器）之间。 电机的峰值功率为12．4 kW （840 r／min）， 峰值转矩为136 Nm，母线电压为144 V，电动机提供辅助推动力给发动机和在低速行驶状态下的电动机动力，也作为发电机在减速和制动时回收动能给电池充电。由于电机的辅助，使整车的动力性得到了很大的提高。
图5 丰田Accord电机示意图
3）奇瑞ISG电机
奇瑞ISG混合动力车融合了世界顶级汽车设计理念，采用奇瑞最新科技成果——“ISG中度
混合动力系统”，给用户带来小排量、低油耗及高动力的全新驾驶体验。以 “更节能、更环保、更安全”为理念的奇瑞中度混合动力系统，装备了自主研发的1．3 L汽油发动机，配备ISG发电电动一体式电机，配有安全可靠的NiMH动力电池，选用奇瑞QR519手动变速器，通过混合动力功能，可大幅度降低整车的油耗和排放，同时提高整车的动力性和舒适性。该车主要具备如下一些功能：①辅助驱动功能；②再生制动功能；③发电功能；④怠速停机功能；⑤首次ISG启动功能。
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