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技術前沿——高速EV

電動汽車電機的設計趨勢是高速低轉矩+減速箱, 所以高速運行需要考慮到電機設計中來, 需要同時保證電氣性能和機械應力。

傳統電機結構:

8極48槽, 基速4000rpm, 最高速度17000rpm, 最大輸出功率150kW, 詳細資料見表1:

機械應力模擬邊界條件:

最大網格邊長0.00015mm, 轉子鐵芯材料見表2:

並做如下假設:

固定速度

不考慮溫度影響

使用Von-Mises應力控制方程

忽略電磁力影響

忽略振動影響和軸端力

轉速和最大應力的關係:

單層磁鋼轉子的受力分佈:

幾種減小轉子機械應力的方法:

減小最大旋轉速度

減小轉子直徑

減小圖4中的A區域

縮短磁橋

圓化磁橋

插入磁鋼分塊

改進電氣性能的方法:

增加磁鋼層數

b. 儘量小的圓角半徑和磁橋厚度

試驗設計:

採用部分因數設計法FFD(fractional factorial design), 選擇了6個變數,如圖7所示:

圖8顯示了3階FFD結果,第一層增加,第二層增加和減小,第三層減小,有利於增加轉矩和減小最大應力。

再利用面回應法RSM(Response Surface Method )和中心組合設計CCD(central composite design )優化電機設計[詳見原文],圖9和圖

10是最大轉矩和最大應力的回應面等高線:

優化設計結果:

傳統模型和優化模型:

C型的磁極結構。

應力分析結果:

20000rpm的最大應力448MPa,沒有超過材料的屈服應力450MPa。

電氣性能-效率map:

三分之一的區域效率大於97%,大部分區域效率大於93%。

性能表:

選擇了6個變數,如圖7所示:

圖8顯示了3階FFD結果,第一層增加,第二層增加和減小,第三層減小,有利於增加轉矩和減小最大應力。

再利用面回應法RSM(Response Surface Method )和中心組合設計CCD(central composite design )優化電機設計[詳見原文],圖9和圖

10是最大轉矩和最大應力的回應面等高線:

優化設計結果:

傳統模型和優化模型:

C型的磁極結構。

應力分析結果:

20000rpm的最大應力448MPa,沒有超過材料的屈服應力450MPa。

電氣性能-效率map:

三分之一的區域效率大於97%,大部分區域效率大於93%。

性能表:

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