摘要：采用有限元法设计永磁同步轮毂电机，对影响其性能的气隙磁密谐波和齿槽转矩进行优化，降低了谐波损耗和力矩波动，达到速度高、控制性能好、功率密度高的特点，提高了轮毂电机的性能。并且对轮毂电机进行弱磁控制，扩大其调速范围并且增大其扭矩，最后试制了一台内置式交流永磁同步轮毂电机样机，并对性能进行了测试，满足设计要求。

关键词：轮毂电机；有限元法；气隙磁密；齿槽转矩；弱磁控制

中图分类号：tm351; tm341    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)02-0017-06

    能源短缺和环境污染问题已经成为世界关注的主要问题，而开发超低排放的电动汽车是解决此问题的重要途径之一。目前，已经有很多电动汽车问世并投入运行，而现有电动汽车大部分是在传统内燃机汽车的基础上改装而成，节能效果和总体性能仍然不理想，随着永磁材料的发展，电力电子和控制技术的进步，永磁电机有着乐观的应用前景。近年来，随着电机及其控制器的发展以及大功率电子器件的应用，出现了一些全新设计的电动汽车，其中采用轮毂电机多轮分布式驱动的电动汽车非常具有发展潜力，这就是第二代电动汽车——电动轮汽车[5-8]。

  轮毂电机是将电动机和车轮结合在一起的电机，是电动轮汽车的主要组成部努。同其他驱动方式相比，采用轮毂电机的多轮分布式驱动有很大的优势。但是人们真正研究轮毂电机技术的时间还很短，而且轮毂电机的设计与车辆的车轮结构设计紧密相关，所以还有很多问题需要解决。本文利用有限元法设计并加工了一台电动轮汽车用的永磁同步轮毂电机，对其进行了弱磁控制研究和性能授试。

    通过分析电动汽车的牵引特性知，当采用减速比为10：1的轮边减速器时，要求设计的轮毂电机****转速为4 777 r/min，****扭矩为45.3 n-m。本文设计的轮毂电机采用的槽极配合为18/16，永磁体材料为钕铁硼，转子磁路结构为内置式。永磁体的工作点0. 84 t，因此气隙磁密设计在0.84t左右，影响气隙磁密的参数主要有永磁体宽度、永磁体厚度和气隙长度，分别分析三个参数对气隙磁密的影响，结果如图l所示。

  经分析，当气隙长度为l mm、永磁体厚度为6 mm、宽度为25 mm时最合适。

    齿部和轭部的磁密分别要设计在1.1 -1 2 t、0 9—1.0 t的范围内，经分析，当齿宽为17 mm、轭高为8 mm时，磁密在要求的范围内。

   

    对以上确定的电磁方案加15 a—140a的电流，分析出的扭矩和转矩系数如图2、3所示。

   

    本文利用ansys有限元软件提取一个电角度内每个单元的****磁密，根据有限元原理，利用以下公式计算每个单元的铁耗，再将计算出的单元铁耗相加，最后得到定子的总铁耗。

  计算出铜耗，再由铜耗、铁耗计算效率，绘制的效率扭矩图如图4所示，效率在百分之92以上。

        

    永磁同步电机在交流伺服系统中得到越来越广泛的应用，平稳的电磁转矩和低噪声振动是伺服系统的重要性能目标。但是电机中存在的气隙磁密谐波和齿槽转矩严重影响了电机的控制性能，为了提高电机的拄制性能，本文对气隙磁密的谐波和齿槽转矩进行了削弱。

    分析不同永磁体厚度时的气隙磁密，结果如图5、6所示。