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: