摘要：针对应用于车辆自重较大场合的低速大转矩永磁轮毂电机，给出了转子磁极结构、电枢绕组形式以及极槽配合的选用原则，采用分数槽集中绕组结构可以削弱谐波电动势的影响，提高端部空间利用率和降低齿槽转矩。设计一台12槽10极内置径向式永磁同步轮毂电机，采用有限元法对漏磁、气隙以及极弧系数等影响因素进行研究，以提高电机的输出性能。对样机进行了计算和实验测试，计算结果与实验结果相符，表明了设计分析的正确性。

关键词：永磁轮毂电机；集中绕组；低速大转矩；空载反电势；漏磁系数

中图分类号：tm351, tm341    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010) 02-0001-04

  本文以应用于车辆自重较大场合的低速大转矩永磁同步轮毂电机为背景，对电驱动用永磁轮毂电机的结构设计等相关问题进行了研究。设计了一台额定转速为500 r/min．额定功率为50 kw的低速大转矩永磁同步轮毂电机，对其进行了有限元计算，研究漏磁、极弧系数等主要参数的设计对电机性能的影响，试制样机并进行了相关实验测试。

  在永磁同步电机中，转子磁极结构根据永磁体安装位置主要可以分为表面式和内置式结构，按永磁体磁化方向则可分为径向式和切向式结构，其基本形式如图l所示。在图1所示转子结构中，内置式转子由磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助于提高过载能力，而且易于弱磁扩速，这在恒功率运行时很有用。在内置式转子结构中，径向式与切向式结构相比具有较小的漏磁系数，隔磁措施简单且机械强度高；在相同磁化方向长度下，径向式结构的直轴电枢反应磁路相对于切向式结构可具有较小的直轴电抗，有利于提高电机输出转矩。直轴电枢反应磁通路径如图1(b)、图l(c)所示。对于具有较大自重的车辆为实现其加速性能与过载能力，以及提高转子的机械强度及可靠性，选用内置径向式转子磁极结构较为合适。

   

    对于低速电机而言，为降低电机的同步转速，在设计上宜采用多极结构。并且，合适的多极结构可以提供更多的有效磁通，可降低轮毂电机的额定电流，提高电机的效率；同时也有利于延长电池的延长工作时间，降低对控制器容量的要求。但极数并不是越多越好，有时过多的极数会使得极间漏磁大幅增加，永磁体利用率过低，以致电机达不到性能要求。综合上述因素，本文设计的电机转子磁极选择10极内置径向式结构。

    电枢绕组形式的选择主要是依据轮毂电机的性能要求以及轮毂空间结构咏确定。由于电机同步转速较低，转子为多极结构，若选用整数槽绕组，则定子需要数目较多的槽，这样一方面较多的槽数降低了槽的利用率，另一方面由于绕组端部跨距较大，使得端部空间不能有效利用，不利于提高电机的输出转矩。为解决低速电机中极对数较多而槽数有限的矛盾，一般多采用分数槽绕组形式，这样可以利用分数槽绕组的等效分布作用和对齿谐波电动势的削弱作用改善电势波形和提高绕组利用率[3]。特别是分数槽集中绕组结构对提高电机的端都空间利用具有明显的优势。因此，本文设计的低速大扭矩轮毂电机采用分数槽集中绕组结构。采用分数槽集中绕组结构主要具有以下优点：

    (1)可有效削弱高次谐波电动势，特别是齿谐波电动势，有利于改善感应电动势波形。由于每极每相槽数q为分数，所以齿谐波的次数一般都是分数或偶数，而转子主极磁场中仅含有奇次谐波，从而避免了电动势波形中出现齿谐波电动势。并且，由于双层集中绕组与单层集中绕组相比一般含有较少的磁势谐波，因此采用双层集中绕组结构。

    (2)由于每个线圈只缠绕一个电枢齿，减小了线圈长度并缩短了端部绕组伸出长度，降低了用铜量并提高了端部空间利用率，同时较少的槽数有利于提高槽的利用率。

   对于采用