电动车电机分类和分析

电动车电机分类和分析（精选10篇）

篇1：电动车电机分类和分析

山东低速电动汽车市场分析报告

以下是舜唐电动汽车充电机公司商务部经理詹真权针对山东市场做的分析报告：

低速小型电动车在我国拥有较好的产业基础，在广大农村市场更容易推广，有可能是我国电动汽车今后发展的一个主要方向。时风、吉利老板呼吁有关部门制定低速电动车的国家标准。

汽车企业产品一要进工信部的产品公告，二要上公安部的牌照。但低速电动车目前尚没有生产准入、上牌照等要求，难以监管。工信部等主管部门也因此放弃制定低速电动车的标准。

于是就形成了这样一种非正常现象：一方面低速纯电动汽车目前是一类未被国家汽车标准承认、归属未定、很有争议的机动车产品；但另一方面低速纯电动汽车却有着强大的市场基础显示着强大的生命力，是一种绝不容闭眼不视的客观存在——

1、庞大的国内市场的客观需求

在中国有超过5亿辆自行车和近8000万辆两轮摩托车、近5000万辆电动自行车，三者相加的总数超过6亿。任何为这个庞大的人群改善交通条件的努力都会受到欢迎。

有关调查统计资料表明：大多数城市中国人的上班距离不超过20公里,在中国城市里,车速也很少能达到60公里。低速纯电动汽车是一种性能较好（但不及传统汽车）廉价型低费用的清洁交通工具，贫富兼顾、老少皆宜，既适用于人口高度密集的城市也适合乡镇和条件允许的农村作为上下班、出门和接送孩子上下学等的代步工具，为城市电动自行车和纯电动汽车之间的最适替代产品。所面对的市场首先不是传统汽车的使用人群，而是需要替代型私人代步工具的消费者。这类消费者大量地存在于中国社会，所以中国就现实地存在着一个令世界瞩目的绝佳的战略机遇——发展有中国特色(短途,低速,低价,小巧,简易,实用,安全)的低速纯电动汽车的机遇。

山东所谓的“山寨版”低速电动汽车的兴起和受欢迎，很大程度上说明这种汽车满足了一部分的市场需求。消费者简单地算了一笔账：每公里运行成本，一般燃油汽车是8角，一般电动汽车是3角，而小型低速电动车只要3分钱。以一年跑2万公里计算，可以节省9000元。市场经济时代讲究的是性价比，什么样的人群买什么车好，消费者自然心里有数。

2、汽车产品结构的客观存在传统汽车一直都有适合城市道路使用的汽车和农用的低速汽车两种类别，这是两个完全不同的市场，有不同的需求。市场和需求结构的客观存在决定了产品

结构的客观存在。新能源汽车也一样，既然有 “時速低於75公里的小型电动车”的庞大的市场需求，当然就有低速纯电动汽车产品的客观存在和发展。

电动自行车也曾饱受争议，但却在争议中快速发展，并在电池电机和电控核心技术、市场体验和交通管理等方面为中国低速纯电动汽车发展提供了世界上独一无二的系统支持。电动自行车产业造就了完整的铅酸电池回收产业链，能彻底解决废旧电池污染的问题。低速未必是低技术、低品质、高污染。“有技术未必有市场，有市场必有新技术”，低端市场的需求和竞争的严酷也同样能促进技术进步。低速纯电动汽车在中小城市和农村有广阔的市场，是消费者愿意接受的低速和低配置，相当于汽车业的“小灵通”，是“人民的轿车”；使用便利、性价比高，大规模推广可以无须政府补贴。

在这里，舜唐电动汽车充电机公司詹经理通过官网

（http://.cn）总结：低速电动车，有广阔的市场空间，有成熟的电池回收链，且铅酸电池不会爆炸（锂电池会爆炸），但政府不提倡（也没有打压）。锂电池电动汽车，政府扶持，给予资助，但却没有让其所希望的购买市场。

3、低速电动车的充电机的状况

山东为代表的低速电动车生产厂家足有百家，由于其所生产的电动车都是面向老百姓，所以车厂控制零部件的价格成本尤为重要。他们所采用的充电机五花八门，有车载的，有便携式的。体积的大小也是不一，可谓是“百家争鸣”价格从200元——1500元不等。如果有统一的外观、统一的接插件、统一的安装方式，那真是造福老百姓了。这是一块巨大的蛋糕，就等着有实力的充电机厂家来力争市场份额。就山东地区，去年的电动车销售量在6万辆。如果国家一旦放开，准其车辆上牌照行驶，那就有“势如破竹”态势。等到那时再进入山东市场，岂不晚矣！。。

詹真权2012-08-23

篇2：电动车电机分类和分析

【教材分析及设计思路】【学习目标】【教学重点】 电动机的原理和磁生电的条件。

【教学难点】 电动机的换向器是怎样自动改变电流的方向.探究磁生电的条件。

【学生起点分析】【教学过程设计】学技术创造美好生活，增强节能环保意识，初步树立创新意识.）[JP。

二、发现磁生电现。

提出问题：利用玩具电动机能否反过来实现机械能转化成电能。

演示：卸下玩具电动机的电池（没电了），将原来装电池的接片接入一个发光二极管，快速转动轮子看到发光二极管发光（有电了）。

拆卸玩具让学生观察结构：磁体和线圈。

（引导学生观察电动机外壳吸引大头针帮助判断是磁体。

（设计意图：制造认知冲突，激发探究热情.培养电生磁的逆向思维和电动机的电能转化为机械能的逆向思维.使学生从生活现象中发现问题回到物理课堂探究学习成为一种习惯，为下一步探究磁生电的条件做好铺垫.。

三、探究：“产生感应电流的条件。

学生介绍法拉第资料，谈感受.（通过课前收集科学家资料了解科学家们是怎样克服一个又一个困难达到成功的彼岸.。

（PPT）展。

（一）探究：“产生感应电流的条件。

活动安排。

1.提问：要模拟玩具车电机产生感应电流，需要哪些实验器材。

2.怎样证明电路中有感应电流呢？（介绍灵敏电流计，学生连接电路，自己摸索，产生感应电流的条件，并汇报.。

我们可以制作一个磁体模型。

3.一端表示N极，一端表示S极，红色线表示磁感线，用小刀代替导体（线圈）演示切割磁感线运动和不切割磁感线运动.请同学们自己探究：“有磁场但不产生感应电流的条件。

（二）探究：感应电流的方向跟那些因素有。

1.提出问题：感应电流的方向跟那些因素有关？请同学们讨论一下。

2.请同学们根据：“探究产生感应电流的条件”的活动作出猜想。

3.同学们利用控制变量法设计实验并讨论方案。

4.实验探究并记录观察结果。

（1）当磁场方向相同时，改变导体切割磁感线的运动方向时，感应电流的方向（改变/不变）。

（2）当导体切割磁感线运动方向相同，改变磁感线方向，感应电流的方向（改变/不变）。

（3）当同时改变导体切割磁感线运动方向和磁感线方向时，感应电流的方向（改变/不变）。

5.在上述活动中，闭合电路的哪一部分相当于电源。

（意图：培养学生的实验设计能力;让学生自己摆弄，在无意中发现感应电流的产生，易调动主动探究的意识在逆向探究，符合科学探究发现的真实，学生体验感悟研究方法.。

（PPT）讲述科拉顿错失良机.（让学生帮助分析失败原因，增强团结合作意识.。

四、观察“手摇发电机发电。

（PPT）观察一台最简单的实验室演示用的模型手摇发电机.完成以下问题。

（1）观察手摇发电机模型的结构。

（2）摇动手柄时，小灯泡会，说明电路中有.灯的亮度（改变/不变），说明电流的发生变化。

（3）将小灯泡换成小量程电流表，缓慢摇动手柄，指针，说明电流的发生变化。

（4）连续转动线圈，观察每转一圈，电流方向改变的次数。

（5）总结：线圈在磁场中转动时产生的电流的大小、方向都随时间发生周期性变化，我们把这种电流叫交变电流。

（6）发电机在发电时，消耗了能，获得了能，即实现了能转化为能。

（7）发电机线圈转速越快，小灯泡亮度越。

（意图：通过引导观察发现突破难点，小灯泡亮度的改变、小量程电流表的指针的偏转情况，理解什么是交流电.线圈每转一圈电流方向改变两次，理解“周期性变化”.转速对小灯泡亮度的影响.。

师：请同学们利用制作的电动机改成发电机将小喇叭接入，听听小喇叭是否能发声？能否设计一个户外活动时便携的可发电的手电筒。

展示手按发电手电筒.（意图：利用所学解决简单问题，再次体验任何发明的基础是科学探究的结果，初步具有创造发明的意识.。

五、展示课前学生收集的发电类。

（PPT）介绍常规发电和新型发电实例。

篇3：电动车电机分类和分析

关键词：电动车,永磁直流无刷电机,温度场,有限元,内热交换,性能影响

0 引言

永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor,以下简称BLDC)是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。以其体积小、重量轻、效率高、运行可靠和维护方便等优点,又具备与直流电机同等良好的调速特性,且无机械式换向,已经广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域。但是该电机在长时间使用过程中会面临点击各部件温度升高的问题,严重影响了点击寿命和运行可靠性。对于在电动车上普遍采用的永磁无刷直流电机来说,温度升高会带来永磁体磁密度下降甚至消失、绕组绝缘层被破坏、组件发热发胀引起的电机精度下降等问题。因而,通过计算得出电机的温度场对其设计和优化有着重要的意义。

1 永磁直流无刷电机传热学基础

热源的确定对于温度场的计算非常重要。电机的损耗大部分转化成热量导致各部件温升增大,电机中主要损耗包括绕组和铁芯产生的损耗以及机械损耗。

利用有限元方法对多电机的温度场进行分析时关键的就是准确地计算出热源(定子铜耗、铁耗)、定子槽和铁芯的等效导热系数和一些重要的散热面如外壳、铁芯散热通道内壁、气隙表面的传热系数。

定子绕组铜耗产生的热量可从以下三条途径散出:先传给定子铁芯再传给空气;从通风道中绕组表面传给空气;从绕组端部表面传给空气。铁芯中产生的热量可从以下四条途径散出:先传给绕组再由铜散出;从铁芯外表面散出;从铁芯内圆表面散出;从通风道表面散出。

电机内的热交换方式包括三种,分别是热传导、对流换热以及辐射换热。

热传导是热量由一个系统传到另一个系统或从系统的一部分传到系统的另外一部分的现象。根据傅里叶提出的导热基本定律,可知:

式中:“—”表示热量流向温度降低的方向;鄣T/鄣n为温度梯度;λ为导热系数;q为热流密度。

对流换热是与流体所接触的固体表面和流体之间的热量传递过程。据牛顿冷却定律可知:

式中:Tambient为环境温度;Tsurface为表面温差;A为表面积;h为模系数;q为热通量。

辐射换热则是借助于电磁波传递能量的过程,满足:

式中:F为辐射面的形状系数;A为热辐射面积;ε为热辐射率;σ为史蒂芬-波尔曼兹常数。

由于在电机中热辐射所占比例很少,所以可以忽略不计辐射换热。

2 永磁直流无刷电机温度场分析

2.1 分析模型的建立

分析模型是利用UG依据工程图纸建立的三维立体模型,在不影响电机热分析的前提下对其进行适当的模型简化。如螺栓导线等就不必要出现在模型中,不是主要热源也不对温度场的分析产生较大影响就可以简化。实体模型如图1所示。

为了计算方便,给出模型和求解域的基本假设如下:

①假设每槽绕组产热相同。②假设铁耗和涡流损耗为恒定值。③槽内所有绝缘体看作一体,材料均假设为绝缘材料。

2.2 有限元模型的建立

划分网格时采用先大后小的原则,如何可清晰体现出电机内部零件尺寸大小比例,且容易对局部的关键接触面进行细化。网格的划分采用手动按照曲率划分的方法。该有限元模型的网格有44862个网格单元,262507个节点数。网格划分的有限元模型如图2所示。

2.3 电机损耗的计算

2.3.1 铁耗的计算

基本铁耗应该分别计算。

①轭部铁芯的基本损耗:

式中:Ka为经验系数,直流电机取3.6;Gj为轭部铁芯重量;PFej为单位质量的损耗,也称比损耗。

②齿部铁芯的基本损耗:

式中:Kb为经验系数,直流电动机取Kb=4;Gi为齿部铁芯重量。

2.3.2 铜耗的计算

假定电流在绕组交界面上均布,则基本铜耗为:

式中:I为相电流;R为相电阻。

2.3.3 机械损耗

机械损耗主要包括轴承的摩擦损耗和转子旋转过程中的风摩损耗。

①滚动轴承的摩擦损耗可用下式计算:

式中:v为滚珠中心的圆周速度;d为滚珠中心处直径;F为轴承载荷;Pf为滚动轴承的摩擦损耗。

②风摩损耗的计算公式:

式中:v为转子圆周速度;K为经验系数;Pfr为风摩损耗;D、l分别为转子表面的直径与长度。

③电机性能指标如表1所示。

2.4 电机内热交换系数的确定

电机内部的换热条件,实际上主要是研究电机内各零件的导热系数和零件与空气间的对流热系数。

2.4.1 电机各部件的导热系数

导热系数是材料直接传递热量的能力,其大小与材料有着直接的关系。热分析所涉及电机各部件的导热系数如表2所示。

2.4.2 电机内外对流换热系数的计算

①机座壁向周围空气空间的自然传热系数可表示:

式中:α为表面传热系数;θ为机座壁外表面温度。

②电机气隙表面传热系数可表示:

式中:ασ为气隙表面传热系数;u为转子圆周速度,,Di为定子内径,nN为额定转速。

③定子铁芯与转子各表面传热系数:

式中:Vn为强制风冷气体介质的流速;自然冷却时αn=22.22。

3 三维暂态温度场分析与实验

根据上述分析,对一台8极、12槽、额定功率为2.2k W永磁无刷直流电动机在额定负载下进行温度场分析,得到电机运行到12min时刻的温度场分布云图,如图3所示。

仿真分析的机壳温度随时间的变化趋势如图4所示。

仿真分析绕组和转轴温度随时间的变化趋势如图5、图6所示。

仿真分析定子和磁钢温度随时间的变化趋势如图7、图8所示。

实验测试了电机在运行12min时机壳温度为84℃,绕组温度为120℃,根据图4和图5可知仿真数据机壳温度为83℃,绕组温度为115℃,两者基本吻合,从上述图中可以看出,绕组为主要热源,温度最高,磁钢温度相对较低。

电机爬长坡温升实验如表3所示。

4 结论

①建立的三维暂态温度场计算模型与实验实际测量数据基本吻合,证明电机模型假设的合理性,能够满足对力矩电机暂态温度场预测仿真的要求。

②电机在运行12min时,磁钢温度达到80℃,温度过高,磁钢容易产生退磁,影响电机正常运行。改变转子铁芯材料,提高导热性,可以降低磁钢的温度。

③针对永磁无刷直流电动机建立三维暂态温度场模型能够较好地模拟电机温升曲线,该种分析方法对于永磁直流无刷电机的设计和优化具有很大的参考意义。

参考文献

[1]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,1996.

[2]魏永田,孟大伟.电机内热交换[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]荣先成.有限元法[M].重庆:西南交通大学出版社,2007.

[4]胡敏强,黄学良.电机运行性能数值计算方法及应用[M].南京:东南大学出版社,2003.

篇4：电动车电机分类和分析

关键词：纯电动汽车；电机控制；发展概况；趋势

中图分类号：TM38 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0051－02

1 研究的背景及意义

1.1 研究的背景

随着资源与环境双重压力的持续增大，电动汽车已成为未来汽车工业的发展方向。电动汽车具有环保、节约、简单三大优势，这在纯电动汽车上体现尤为明显：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需变速箱。相对于变速箱，电机结构简单、运行可靠。

随着国家节能与新能源汽车补贴政策的出台，我国重点扶持纯电动汽车的战略路线基本确定。当前市场在售或即将进入市场的纯电动汽车基本都是高端电动车，价格大都在15万元以上，甚至有的达到20多万元，即便是享受国家补贴，但大部分人还是觉得价格偏高，同时担心充电设施不配套及电池的续航里程短等问题，导致企业已上“公告”的纯电动汽车迟迟无法推出市场，个别已上市的产品也得不到消费者的认可，“热政策”遇到了“冷市场”。相反，低速电动汽车因为价廉物美，得到了不少消费者的青睐。在山东、河北、河南、浙江等地一些城镇，节能环保低速纯电动汽车已形成一定的规模，数量日益增长。

1.2 研究的意义

发展低速电动汽车具有长远的战略意义。从现实角度来看，低速电动汽车是推动我国电动汽车产业化、开启电动汽车大规模消费市场的最佳产品；从长远发展来看，通过低速电动汽车的技术升级提升高端电动汽车的核心技术。相信国家行业主管部门会在立足国情的基础上，出台低速电动汽车标准法规，引导低速电动汽车行业的规范发展，为低速电动汽车健康发展营造良好的市场环境。

2 纯电动汽车用电磁型电机分类介绍

纯电动汽车用电磁型电机大致可以分为直流电机和交流电机，交流电机包括交流异步电机（感应电机）和交流同步电机。车用交流同步电机一般是永磁同步电机或是开关磁阻电机。当永磁同步电机工作在方波换向模式时，又常称为无刷直流电机。

2.1 直流电机

直流电机由定子、转子、换向器和电刷组成，定子上有磁极，转子有绕组，通电后，转子上也形成磁极，定子和转子的磁场之间有一个夹角，在定转子磁场的相互吸引下，使电机旋转。直流电机商品化历史最长，控制简单且具有优良的电磁转矩控制特性，串励直流电机、他励直流电机、永磁（有刷）直流电机控制系统至今仍在电动车辆中大量应用，缺点是电机本身结构复杂，机械换向，有电刷的维护问题，换向的电火花会产生严重的电磁干扰，高速可能有环火，不适宜高速运行，体积偏大，防护差。鉴于缺点众多以及其他电机驱动系统的迅速发展，可以预见，直流电机将逐步被淘汰。

2.2 交流异步电机

交流异步电机由定子和转子构成，简单坚固，成本较低。在运行时，定子通过交流电而产生旋转磁场，旋转磁场切割转子中的导体，在转子导体中产生感应电流，转子的感应电流产生一个新的磁场，两个磁场相互作用则使转子转动。

3 电机控制技术发展概况

3.1 交流异步电机控制发展迅速

交流异步电机控制复杂，近年之所以得到迅速推广，主要得益于电力电子技术、微处理器技术和交流电机控制技术的发展。交流异步电机的控制方式包括V/f控制、滑差频率控制、矢量控制（磁场定向控制和直接转矩控制）。20世纪90年代前常用前两种，但存在转速控制范围小，转矩控制特性不理想的问题，近年来，为得到最佳的控制性能，高端电机控制器一般都采用矢量控制技术。

3.2 永磁同步电机应用广泛

永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成，磁场相互作用使转子转动。永磁同步电机具有效率高、转矩和功率密度大、功率因数高、可靠性高和便于维护等优点。

3.3 无刷直流电机成本优势明显

无刷直流电机多为表贴式永磁同步电机，但一般基于Hall反馈采用方波换相控制，大大降低了控制器成本，但因受限于转子位置分辨精度差（±30电角度）、控制策略过于简单以及极差的高速弱磁性能，较少作为车用中置驱动电机。

3.4 开关磁阻电机应用受限

开关磁阻电机的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成定，转子冲片均有一齿槽，构成双凸极结构，依定子和转子片上齿槽的多少，形成不同的极数。开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因此，由磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

4 国内外发展趋势

4.1 基于成本分析

对低压（100VDC以内）、微型、低速（最高70 km/h）纯电动汽车的应用，考虑市场成熟度和成本因素，应优先考虑交流异步电机控制系统，未来可逐渐向内置式永磁同步电机控制系统过渡。

4.2 国内外主流车用低压控制器厂家

目前，中国市场上供应的车用低压交流电机控制器产品的公司主要包括：

（1）国际上专业提供电动车辆交流控制器的厂商，如美国Curtis、英国Sevcon、意大利ZAPI、意大利SME、美国Danaher、英国PG，这些企业在电动车辆领域积累多年，有成熟的产品，但并非专门针对电动汽车应用，很多产品的市场定位仅为交流电控叉车领域。

（2）国内专业从事电动车辆电机控制器研发生产的公司，如深圳大地和、北京时光科技、上海电驱动、天津松正（提供永磁同步电机控制系统）、上海大郡，交流电机控制器一般在2010年以后研发完成或正在研发之中，功能不够全面，性能不够高、也不够稳定。

（3）国内从事工业用交流电机控制器研发生产的公司，成立车用电机控制器的事业部，如汇川技术。由于车用低压交流控制器与工业用变频器在技术上有一定的相通性，汇川技术利用它在交流电机控制方面的技术优势以及批量生产能力迅速开发出车用交流电机控制器并将其推向市场，但因为企业进入电动汽车领域的时间不长，对需求的把握还有所欠缺。

可见，车用低压交流控制器的市场成熟度不高，未来随着微型汽车电机驱动系统需求量的逐渐增大，相信越来越多的企业会加入到研发、制造车用低压交流控制器的行列中。

4.3 交流电机控制技术的飞跃发展

交流异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，这也是其控制难的根源所在。过去的标量控制方法（如V/f控制、滑差频率控制）都是从电机稳态方程的角度研究其控制特性，因此保持定子、气隙或是转子磁链恒定仅有稳态下成立，动态控制效果很不理想。而矢量控制从TM坐标系（M轴按转子磁链的方向定向）下的交流异步电机模型出发，采用矢量变换的方法研究电机的动态过程，不仅控制电流、磁链变量的幅值，同时控制其相位，并利用现代控制理念，巧妙实现了交流电机磁通和转矩的解耦控制，促成了高性能交流异步电机控制系统的出现，控制性能完全可以媲美有刷直流电机。可以说，矢量控制是交流电机控制技术的一次飞跃。随着微处理器技术的发展，数字控制芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这为实施复杂的交流电机控制算法提供了硬件支撑。

5 结束语

目前，可以确定的是，直流电机将逐步被交流电机取代，开关磁阻电机应用还不成熟，然而交流异步电机、永磁同步电机孰优孰劣还难下定论。近年来，在批量生产的日本电动汽车车型上以内置式永磁同步电机为主流，而美、欧开发的电动汽车多采用交流异步电机。

参考文献：

［1］侯卓生.异步电动机的矢量控制与四种新型DSP处理器［J］.西北民族学院学报（自然科学版），2001（03）.

（编辑：王昕敏）

The Development Profile and Trend of Pure Electric

Vehicle Motor and Control Technology

Gu Yan

Abstract: The pure electric vehicle has become the future development direction of the automotive industry, and micro, low－speed and short－range pure electric passenger vehicle is more suitable for universal. With its popularity, the market demand for low－voltage AC motor controller will be increasing. Therefore, research on the development profile and trends of micro－pure electric car with the motor and control technology will provide an important reference for the development of electric vehicle industry.

Key words: pure electric vehicle; motor control; development profile; trend

篇5：电动车电机分类和分析

学年论文设计

电动机电机启动常见故障分析与处理

学院：机电工程学院

学科专业：机电一体化

学生：

学号：205

指导教师：

篇6：电动车用电机的技术发展概况

蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，使生产和消费从工业化向自动化、智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。

21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上。虽然，汽车工业是推动社会现代化进程的重要动力；然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。而对于我国日益扩大的汽车市场，这种危机就更明显。据了解，2000年我国进口汽油7000万吨，预计2010年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产量。目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国，而国家环保中心预测，2010年汽车尾气排放量将占空气污染源的64%。虽然，加剧使用传统内燃机技术发展汽车工业，将会给我国的能源安全和环境保护造成巨大的影响。为此，国家科技部启动了十五“863”电动汽车重大专项。

高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。

近十年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电机系统。与原有的直流牵引电机系统相比，具有明显优势，其突出优点是体积小，质量轻（其比质量为0.5-1.0kg/Kw）、效率高、基本免维护、调速范围广。其研究开发现状和发展趋势如下。

1.异步电机驱动系统

异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。

异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。

最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。

2.无刷永磁同步电机驱动系统

无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。

内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。

表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。

无位置传感器永磁同步电机驱动系统也是当前永磁同步电机驱动系统研究的一个热点，将成为永磁同步电机驱动系统的发展趋势之一，具有潜在的竞争优势。

永磁同步电机驱动系统低速时常采用矢量控制，高速时用弱磁控制。

3.新一代牵引电机驱动系统

从20世纪80年代开关磁阻电机驱动系统问世后，打破了传统的电机设计理论和正弦波电压源供电方式；并随着磁阻电机，永磁电机、电力电子技术和计算机技术的发展，交流电机驱动系统设计进入一个新的黄金时代；新的电机拓朴结构与控制方式层出不究，推出了新一代机电一体化电机驱动系统迅猛发展。高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速牵引电机驱动系统已成为各国研究和开发的主要热点之一。SRD开关磁阻电机驱动系统的主要特点是电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。永磁式开关磁阻电机也称为双凸极永磁电机，永磁式开关磁阻电机可采用圆柱形径向磁场结构、盘式轴向磁场结构和环形横向磁场结构。该电机在磁阻转矩的基础上迭加了永磁转矩，永磁转矩的存在有助于提高电机的功率密度和减小转矩脉动，以利于它在电动车辆驱动系统中应用。

转子磁极分割型混合励磁结构同步电机这一概念一提出就引起国际电工界和各大汽车公司研发中心的极大关注。转子磁极分割型混合励磁结构同步电机具有磁场控制能力，类似直流电机的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合电动车辆牵引电机低速大力矩和恒功率宽调速的需求。目前该电机的研究处于探索阶段，电机的机理和设计理论有待于进一步深入研究与完善，作为假选的电动车辆牵引电机具有较强的潜在的竞争优势。

此外，正在研发的热点课题还有：

具有磁场控制能力的永磁同步电机驱动系统；

车轮电机驱动系统；

动力传动一体化部件（电机、减速齿轮、传动轴）；

双馈电异步电机驱动系统和双馈电永磁同步电机驱动系统。

4.下一代汽车电子伺服系统及其车用伺服电机

1993年美国能源部、商务部、贸易部、国防部、环保局、宇航局、国家科学基金会七个政府部门下美国三个最大的汽车制造公司，克莱斯勒、福特和通用，建立了新一代车辆伙伴关系（PNGV，Partnership for a New Generation of Vehicles），目标是开发新一代机动车技术，以增强美国汽车工业的实力。1998年至2002年期间，美国国家自然科学基金（NSF）资助美国国家电力电子中心（由美国Virginia和美国Wisconsin等四所大学组建）研发车辆电子动力驱动系统、电子伺服控制系统和各种车辆专用IC模块，提高汽车电子电气部件的可靠性，降低其成本和抢占车辆电气自动化技术的制高点，增强在国际市场的竞争力。线控的汽车电子伺服系统（X-by-wire）在未来将是十分重要的技术，该技术可将各种独立的系统（如转向、制动、悬挂等）集成到一起由计算机调控，使汽车的操纵性、安全性以及汽车的总体结构大大改善，设计的灵活度也大大增加。目前，电子动力方向盘和线控刹车已经在一些欧洲车型上被采用，在这个系统中已经削减了相当多的机械部件，如液压泵等。汽车电子伺服技术是具有革命性的技术，随着这个技术的使用，许多传统的机械部件将会在未来的汽车上消失，而越来越多的车用伺服电机将出现在未来的汽车上。

篇7：电动汽车用驱动电机技术分析

随着经济技术的不断发展, 汽车产业已成为我国的重要支柱产业之一, 汽车产业的迅速发展给我国带来了巨大的环境压力和能源危机。而电动汽车可以车载电源为动力, 相对于传统汽车而言, 电动汽车的出现缓解了中国石油短缺、降低环境污染, 是未来汽车行业发展的必然趋势。

驱动电机是电动汽车驱动系统的动力元件, 是影响电动汽车性能的重要部件, 目前, 电动汽车中常用的驱动电机类型有:感应电机 (例如专利GB8026890A) 、永磁同步电机 (例如专利JP13942886A) 、永磁无刷直流电机 (例如专利GB4529466A) 和磁阻电机 (例如专利JP14291982A) 。

二、电动汽车用驱动电机技术

克莱斯勒公司生产的Epic Van、福特公司生产的Ranger EV、通用汽车公司生产的IMPACT和EVI电动汽车以及中国生产的SL6700DD电动客车和ZK6820HG-1电动轻型客车等均采用感应电机作为驱动电机, 采用感应电机的优点在于感应电机转子结构简单, 成本低、可靠性好、调速范围宽、控制器和制造技术成熟、扭矩波动小、噪声小, 缺点在于电机体积大、效率低、功率因数低。

丰田的Prius以及比亚迪E6先行者等均采用永磁同步电机或永磁无刷直流电机作为驱动电机, 采用永磁同步电机或永磁无刷直流电机的优点在于永磁体积小、重量轻、功率密度大、输出转矩大, 精度高、效率高、噪声小、维护简单, 缺点在于永磁电机控制复杂, 永磁体存在退磁问题, 造价也较高。

开关磁阻电机结构控制简单、出力大, 可靠性高, 成本低, 起动制动性能好, 运行效率高, 但存在噪声高, 转矩脉动严重, 非线性严重, 控制技术需进一步完善的缺点, 因此其实际应用受到了限制。

三、专利申请状况分析

为充分掌握电动汽车用驱动电机技术的整体情况, 下文将基于全球专利状况和中国专利状况两个层面对电动汽车用驱动电机技术进行研究和分析, 截止至2014年11月, 针对电动汽车用驱动电机技术, 在德温特世界专利索引数据库和世界专利文摘库数据库中共检索到6831项全球专利, 在中文专利摘要数据库中共检索到3048项中国专利。

1 全球专利状况分析

从电动汽车用驱动电机技术全球专利申请量来看, 该项技术的专利申请始于1971年, 但早期专利申请量极少, 1990年后申请量开始增加但增加量不大, 2003年之后申请量相比前阶段出现了量的飞跃, 进入了电动汽车用驱动电机技术的快速增长期。

从电动汽车用驱动电机技术全球专利区域分布和申请人来看, 该项技术的专利申请主要集中在中国、日本、美国、德国和韩国等国家, 日本的本田、日立、日产、丰田、三菱电机、松下, 欧美的福特、通用、博世, 韩国的现代等公司是电动汽车用驱动电机技术的主要申请人, 中国在电动汽车用驱动电机技术方面的专利申请量较大, 但是申请人比较分散, 这充分说明我国对电动汽车用驱动电机技术的研究还不够深入, 需要进一步深入。

根据驱动电机的类型, 将电动汽车用驱动电机技术划分为三个技术分支:感应电机、永磁无刷直流和永磁同步电机以及磁阻电机, 从电动汽车用驱动电机技术全球专利技术分支看, 永磁无刷直流电机和永磁同步电机是申请的主体, 占总申请量的54%, 感应电机的研究起步较早, 申请量占28%, 而磁阻电机的申请量最少, 仅占18%, 可见, 永磁无刷直流电机和永磁同步电机是目前研究的热点, 且对该类电机的研究主要集中在日立、日产、本田、丰田等日本公司。

2 中国专利状况分析

从电动汽车用驱动电机技术中专利申请量来看, 1993年开始出现该项技术的专利申请, 此后, 国内申请量迅速增长, 并于2011年左右达到峰值, 国内该项技术的申请量自1998年前后超过了国外来华的申请量, 但是国内申请的类型主要是实用新型, 总量占62%, 而国外来华申请则恰恰相反, 其中98%都是发明专利申请, 由此可以看出, 国内在电动汽车用驱动电机技术专利的实际保护意义和保护年限上与国外来华申请有较大差距。

从电动汽车用驱动电机技术中国专利区域分布和申请人来看, 该项技术的专利申请主要集中在浙江、江苏和广东等沿海地区, 主要申请人包括高校和企业, 比如哈尔滨工业大学、东南大学、裕成富通、永济新时速和中科深江等, 另外, 国外申请人也十分注重中国市场, 比如日本的NTN、本田、三洋等公司。

从电动汽车用驱动电机技术中国专利技术分支看, 永磁无刷直流电机和永磁同步电机的申请量占到了总申请量的67.02%, 感应电机和磁阻电机分别占了21.34%和11.64%, 永磁无刷直流电机和永磁同步电机的申请量大于感应电机和磁阻电机申请量的总和, 是电动汽车用驱动电机技术研究的热点, 我国对该类电机的研究主要集中在东南大学、哈尔滨工业大学等高校以及裕成富通、永济新时速和中科深江等公司。

结语

本文主要以中文专利摘要数据库、德温特世界专利索引数据库和世界专利文摘库数据库收录的专利为样本, 通过对电动汽车用驱动电机技术的专利申请量、申请人、区域分布以及技术分支等分析可知, 磁阻电机的噪声、转矩脉动、非线性以及控制技术是未来电动汽车用驱动电机技术研究一个重要方向, 永磁无刷直流电机和永磁同步电机是目前电动汽车用驱动电机技术研究的热点和重点。

摘要：驱动电机是电动汽车驱动系统的动力元件, 直接影响电动汽车的最高时速、加速和爬坡性能等, 因此电动汽车中驱动电机的选型是至关重要的, 本文主要以中文专利摘要数据库、德温特世界专利索引数据库和世界专利文摘库的检索结果为分析样本, 对电动汽车用驱动电机技术进行分析。

关键词：电动汽车,驱动电机,专利

参考文献

[1]陈清泉, 等.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2004.

篇8：电动车电机分类和分析

关键词：电机；安培力；电刷；电气故障

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）08-0128

作为一名高中生，笔者喜欢在课外观察那些运用物理学方面知识的机械，并尝试运用已学会的高中物理知识对其解释。如本文就是围绕电动自行车的电机的原理及故障分析试用高中知识进行讨论，电动自行车这种生活中常见的新兴交通工具，尽管原理相比较其他机械不是很难，但当利用知识自己完成分析与讨论后，笔者仍感受到莫大的满足，并更加激发了笔者对运用物理学解决生活中问题的兴趣与热情。

电动自行车是具有电力驱动、脚踏驱动、电力和脚踏并用等功效的绿色环保交通工具。电动自行车的原理和结构都不复杂，可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成。蓄电池经过一个控制器给一个电机送电，电机放在后车轮中，电机的旋转带动自行车的行进。作为主要动力系统，电机无疑是电动自行车整体中最为关键的部分。

对于电机，其主要任务为将蓄电池供给的电能转化为驱使车轮前進的机械能。常见电机一般为永磁直流电动机。为达到10N.m以上的运行力矩，电动机的功率应在100～200w范围内，工作电压为24V或36V，该电机要求起动力矩大，效率高，重量轻，并有一定的过载能力。驱使车轮方式有两种，一种为内转子电机通过链传动或直接摩擦带动车轮，另一种为外转子直流电机通过行星齿轮减速机构直接驱动轮毂转动，（这种电动机也叫轮毂式电动机）这种方式具有效率高、结构紧凑、节省空间的优点。

根据高中知识可得，通电导线在磁场中会受到安培力，安培力力大小与电流同磁场间夹角有关。当磁场方向与电流方向平行，根据F=BILsin（L，B）知，安培力为零。假设一个无法及时改变电流方向的电机，除去摩擦等耗能因素，因为能量的守恒，该电机的转子将只会半圈半圈的来回翻转，无法提供有效的持久动力。而有刷电机和无刷电机都巧妙地解决了这一问题。

当有刷电机工作时线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。有刷电机由定子和转子两大部分组成，定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使转子受到方向不变的安培力，从而使电机持续旋转以带动负载。有刷电机的输出转速为3000转/分以上，经减速器和超越离合器及外壳一起组成电动轮毂总成，其转速为170-180转/分，适应了自行车以20km/h左右的速度行驶。该结构的可靠性高，成本较低，骑行较舒适，但也存在以下缺点：（1）传统的电刷和换向器有机械磨损和噪声、火花等，（2）系统的先进性和档次不够高。

用于电动自行车的无刷电动轮毂，实际上由两部分组成。一是直接外转子式的无刷电机系统，二是可以实现电子换向的专用控制系统，无刷电机依据于现代IC技术和功率电子器件的发展而逐渐成熟。简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁鋼转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电电流需要电子调速器将其变成3相交流电，还需要从遥控器接收机那里接收控制信号，控制电机的转速，以保证其正常稳定的运行。该技术较为先进，在磨损和噪音等问题上有极大的改善。并因此提高了寿命。

当电机运行出现故障时，一般可从机械故障与电气故障两方面讨论。对于机械故障可能原因有常见几种：

1. 由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体导致问题出现。

2. 由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。

3. 由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路等问题。

4. 电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至出现烧毁绕组现象。

而对于电气故障，则需通过测量其电压或电流进行分析判断了。比如以下为电机的几种常见类型：

（1）电机空载电流大，其原因一般为电机内部机械摩擦大，线圈局部短路，磁钢退磁。检验方法为：打开电源，转动转把，使电机高速空载转动10s以上。等电机转速稳定以后，测量此时电机的空载最高转速N1。在标准测试条件下，行驶200m距离以上，开始测量电机的负载最高转速N2。空载/负载转比=N2÷N1。当电机的空载/负载转速比大于1.5时，说明电机的磁钢退磁已经相当厉害了，应该更换电机里面整套的磁钢。

（2）电机发热，其原因一般为电流大引起，通过高中知识可知，设电机电流为I，电机的输入电动势为E1，电机旋转的反电动势为E2，则与电机线圈电阻R之间的关系是：I=（E1-E2）÷R。R或E2变小都会引起电流变大，R变小一般是线圈短路或开路引起的，E2减少一般是磁钢退磁引起的。

（3）电机乏力，其原因较复杂，若排除以上提到的电机本身故障，则该问题一般与电池容量，未充满电等其他因素有关。

以上是笔者对电动自行车电机原理从机械到电气知识的肤浅的了解和认识，是笔者将高中物理知识与现实生活相结合的开始，这也是笔者高中学习兴趣所在和未来事业的发展方向。随着知识和阅历的丰富，笔者会不断地探索、进取和提高。

篇9：电动车电机分类和分析

1895年, 德国泛音制造出世界上第一台直流电钻, 这是已知的世界上最早的电动工具。经过几个世纪的发展, 人们已经制造出了各种各样的电动工具。常见的电动工具有电钻、电锯、电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀、电锤和冲击电钻、电刨等。这篇文章主要涉及电动工具中的电锯。目前, 市场上的这些电动工具, 主要使用三种电机, 单相串激电机, 异步电机和永磁同步电机。单相串励电机可交直流两用, 具有低速大扭矩, 过载能力强的特点, 但是必须使用换向器, 电刷和滑环的存在使得靠性低, 使用场合受限, 寿命短, 维修成本高, 功率受限, 转速不能过高。异步电机是一种普遍使用的电机, 它的结构简单, 生产成本低, 坚固耐用, 但是需要消耗滞后的无功, 电机效率相对较低, 轻载时调速性能不佳。异步电机还有一个显著的问题, 它的启动电流很大, 但启动转矩很小。永磁同步电机是一种高效电机, 效率可以做的很高, 但是他需要使用永磁体, 永磁体价格昂贵, 造成电机成本很高。永磁体退磁的问题, 也限制了电机的温升。

开关磁阻电机 (Switched Reluctance Motor, 简称SRM) 是一种双凸极电机, 定转子都是硅钢片叠压而成的凸极;定子上缠绕集中绕组, 转子上无绕组。它的结构简单, 成本低, 坚固耐用, 可以承受高的温升和高的转速;在宽广的转速范围内, 都可以以较高的效率运行, 是一种高效电机;启动转矩大, 可以频繁启停及正反转变换;各相独立工作, 功率电路简单, 避免了直通短路现象, 因而可靠性很高。开关磁阻的主要缺点是转矩脉动大, 噪声严重。但对于电锯来说, 工作过程中, 锯片不是连续切割物体的, 本身就有振动的问题, 而且锯片与物体摩擦的噪音很大, 电机的电磁噪声不突出。所以, 开关磁阻电机适合应用到电锯中。

1 开关磁阻电机的原理和设计理论

开关磁阻电机的典型特征是开关性和磁阻性。开关性说的是开关磁阻电机必须工作在一种连续的开关模式, 这也决定了开关磁阻电机必须与控制器结合才能够正常运行。磁阻性说的是它是一种磁阻电机, 区别于电磁式电机, 它的双凸极结构使得其在运行过程中回路磁阻不断变化。开关磁阻电机产生电磁转矩依据的是磁阻最小原则——即磁通总是趋向于沿着磁阻最小的路径闭合。当开关磁阻电机的定转子齿没有处于对齐位置时, 就会产生磁拉力作用在转子上使得转子转动到定转子齿对齐的位置, 即磁阻最小的位置。

开关磁阻电机的主要结构参数包括定转子的外径、内径、轭厚、齿宽以及定转子铁芯的长度, 线圈的匝数。它的结构简单, 需要计算的参数不多, 但是仍然需要按照相关的理论正确计算。文献[1,2]中详细介绍了开关磁阻电机结构参数的计算过程。

2 开关磁阻电机的设计和仿真

2.1 电机基本要求

结合电机的实际应用环境, 首先提出对开关磁阻电机的基本要求, 如表1所示。

电机采用单相220V/50Hz交流电整流后供电;额定工作转速为4000r/min, 定子冲片外径要求不大于72mm。如果直接以4000r/min作为电机的额定转速来设计电机, 定子外径不能满足要求。考虑到开关磁阻电机结构牢固, 适用于高速运行的特点, 可将电机的额定转速设置的比较高, 通过减速箱, 来调整输出的转速。最后设置额定转速为25000r/min。

2.2 开关磁阻电机结构的选择

单相和两相开关磁阻电机需要考虑自启动问题, 而且步距较大, 转矩脉动大, 所以先不采用。三相开关磁阻电机与单相和两相开关磁阻电机相比, 没有自启动问题, 转矩脉动小;与更多相开关磁阻电机相比, 结构简单, 成本相对低。更多相电机的主要目的是获得更平滑的转矩, 考虑到电机的额定转速高达25000r/min, 三相开关磁阻电机的转矩脉动可以做到很小, 而且, 高速下, 更多相的电机, 开关频率, 磁场频率将更高, 对控制和效率都有影响, 所以, 综合考虑后, 采用三相结构。

2.3 开关磁阻电机建模仿真

2.3.1 6/4极与12/8极结构

三相开关磁阻电机有两种典型的结构6/4极和12/8级结构。根据开关磁阻电机的设计流程, 编写matlab M文件, 只需输入电机的极对数, 电压, 功率等基本要求, 即可直接计算出整个电机的初始结构参数。表2展示的两组参数是功率为1.5KW, 电压为60V的情况下三相6/4极和12/8极电机的结构参数, 目的是观察这两种结构的差异。可以发现, 在相同的功率等级, 电压, 转速时, 两种电机的体积相同, 即这两种结构形式不影响电机的体积。

图1展示的是这两种结构开关磁阻电机的电流和转矩的仿真波形。需要注意的是, 这四个波形的获得只要求电机转速相同, 文中选取的是25000r/min, 没有其他的条件限制。对比可以很容易的发现, 相同转速下, 12/8极结构开关磁阻电机的转矩步距小, 可以获得更小的转矩脉动, 但电流变化频率是6/4极结构的2倍, 相应的开关频率也是6/4极的2倍, 因此, 开关损耗和铁耗会比较大, 效率相对小。

考虑到本次设计的开关磁阻电机的转速高达25000r/min, 而且转矩脉动将作为电机优化过程中主要的研究对象, 使其尽可能低, 所以, 在选择电机结构时, 偏重于考虑电机效率, 因此, 6/4极结构是一个很好的选择。

2.3.2 6/4极开关磁阻电机结构优化

改变要求, 输入Matlab M文件, 计算出一套开关磁阻电机的初始结构参数。然后在Ansoft中建立开关磁阻电机的二维模型, 如图2和图3所示。

图4展示了电机主要结构的标志符号。本文中出现的所有标识符号代表的含义与图4中相对应。其中Es指的是定子的极弧系数, 他是定子齿尖的宽度除以定子的极距得到的。Er指转子极弧系数, 他是转子齿尖宽度除以转子极距得到的。宽度和极距用度数表示。

电机结构的优化的过程主要是:电机结构参数化;依次改变单个的结构参数, 观察转矩、电流波形, 磁场分布图, 效率, 得出该参数对电机性能的影响规律;总结所有仿真得到的规律, 对初始结构参数进行调整, 确定出合理的, 使电机性能最优的结构参数。

图5展示的是改变转子外径和铁芯长度的转矩波形。按照相同的方法, 改变定子外径, 定转子轭厚, 观察对应的转矩和电流波形。可以发现, 改变铁芯长度、转轴的直径、定子外径、定转子轭厚, 电机的转矩, 电流的变化很小。由于优化过程中电机尺寸不可能大范围变动, 所以, 可以忽略它们的影响。

图6展示的是转子外径变化时转矩和电流的波形。根据图6 (a) 可知, 随着转子直径增加, 转矩平均值会增大, 但转矩峰值增加, 而且出现明显的尖峰, 尖峰对平均转矩贡献不大, 但严重恶化转矩脉动, 所以可适当增加转子外径, 但不可过大。图6 (b) 表明, 随着转外径增加, 电流的峰值增加。造成这种想象的原因是, 改变转子外径, 转子槽深度将增加, 转子运动过程中, 电感的变化率增大, 导致转矩会有所增加。

根据图7可知, 定转子极弧对开关磁阻电机的转矩脉动影响非常显著。观察图7 (a) (d) , 可以发现, 定子极弧和转子极弧对转矩的影响相同, 影响的强度也基本一致。随着定转子极弧的增加, 转矩在中部很宽的一个区间内整体减小, 这种减小效果很明显。同时转矩的谷值几乎没有变化, 所以转矩脉动会大大减小, 但是牺牲了转矩的平均值, 可能导致电机的输出功率不够。定子极弧的增加会导致绕组空间减少, 转子极弧的增加增大了转子的转动惯量, 导致动态性能受影响。优化电机时, 如果希望尽可能获得小的转矩脉动, 可以在满足其他条件的情况下适当增大定子极弧或转子极弧。图7 (f) 是同时改变定子极弧和转子极弧得到的转矩波形, 可以根据这个图, 选择出最优的定转子极弧的组合。图7 (b) (e) , 定转子极弧增加时, 电感的变化范围增加, 使得最小电感区域减小, 这种情况下, 电流就会下降, 导致转矩会下降。图7 (c) 表明, 极弧增加时, 确实导致电流减小了。对于高速电机, 需要较宽的最小电感区, 使得开通角的调节范围足够大, 从而获得高的转速。所以定转子极弧不可过大。

2.3.3 6/4极开关磁阻电机设计结果

根据以上仿真分析获得的规律和经验, 对6/4极电机的参数进行合理的调整, 最终设计出满意的电机参数, 如表3所示。

图8展示了所设计开关磁阻电机的绕线形式。按图中所示进行绕线, 磁场极性沿圆周就会以NNNSSS排布, 这样可以有效减小转子中磁场的变化率, 提高开关磁阻电机的效率。

图9展示了电机中磁场分布范围最大的情况, 此时电机的整个定子轭部, 一对定子齿与一对转子齿的磁密都较高, 平均值在1.3T~1.4T之间。图11展示的是齿尖局部饱和的情况。整体而言, 电机的磁场处于合理范围。磁场饱和程度小一些, 这有利于进一步减小铁耗, 提高电机效率。

下面是利用Ansoft中RMxprt仿真的该电机额定运行时的主要数据结果:

输入电流3.8A;相电流有效值3.97A;相电流密度7A/mm^2;摩擦和风磨损耗50W;铁耗171.42W;绕组铜耗33.35W;总损耗266.19W;输出功率919W;效率77.55%;额定转速25000r/min;额定转矩0.351221N.m。

由结果可知, 25000r/min时铁耗是主要损耗。高速时风磨损耗会很严重, 仿真时需要设定这个值, 所以取得值比较大, 为50W。仿真的效率达到了77%, 实际中希望能达到75%。输出功率为919W, 这是设计时留了一定裕度。

图11展示了该电机实际中的三维效果图。

3 总结

文章主要针对电动工具的实际应用要求, 设计了一种适用于电锯的开关磁阻电机。设计过程中, 分析比较了6/4极与12/8极的结构特点, 重点分析了6/4极结构的结构参数对电机转矩的影响, 得出了一些指导规律。这些规律也可以被应用到其他情况下开关磁阻电机的设计中。

此次设计的开关磁阻电机, 转速高达25000r/min, 高速运行时, 铁耗成为最重要的损耗, 而且数值很大。本文主要从电机的结构和绕组的连接形式方面来提高电机的效率。采用6/4极结构, NNNSSS的布线方式, 尽可能的降低磁场的变化率, 来降低铁耗。此外, 电机的饱和度不够高, 这也有利与降低铁耗。

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篇10：电动车电机翻新　市场大财源广等

长 安

市场分析：

目前，全国电动三轮车数量猛增，尤其以货用电动三轮车为主。电动车电机寿命一般在12个月左右，转子经过长时间运行，换向器表面出现不同程度磨损，产生深浅不一，宽度不匀的金属色带，氧气膜剥离，转子出现跳火、环火、颤抖等现象，严重影响了电机正常使用，大大缩短了电动三轮车的使用寿命，用户只能到维修店以旧换新需要花300—500元，单独买一个新电机也需要400-700元不等。

面对全国电动三轮车数量的不断增加，电机翻新项目将是一个非常有潜力的大市场，独特的翻新技术，让你开业就挣钱，独家经营代理权，让你无任何竞争对手。现在就加入，率先占领市场，必将得到丰厚的回报。

产品介绍：

山东修耐德电动车维修连锁加盟总部独家首创的研制电动三轮车电机翻新设备XD80型，通过对电机转子的特殊处理，使其表面获得极耐磨保护层，保护换向器，翻新后可延长电机使用寿命。

XD-80型设备的特点：1、表面结晶致密，光亮度好，与铜体结合强度高；2、表面有良好的导电性和抗氧化性，各项电气参数符合要求；3、修复后的转子有较高耐磨性，硬度高(相当于高碳钢淬火硬度)；4、电机运行中对碳刷磨损小，不必频繁更换碳刷，延长电机使用寿命。

投资分析：

电动三轮车电机翻新设备A型：5500元/台，B型：7500元/台

公司总部为你提供一整套经过市场检验的成熟运作模式，成功触手可及，低投入，高产出，月赢利3000到4000元。较低的投资，超大的利润空间，成就您的创富梦想!

产品现面向全国诚征代理商，各县市仅限一家，欢迎从事电动车维修行业的朋友来电咨询，实地考察。

特别提示：为了保证读者货款安全，我刊与生产厂家达成协议，想代理该产品的读者可把款项直接汇到杂志社，待读者收到货物之后本刊才会把货款转交，请读者放心。

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生态瓶中鱼掘时尚财源

夏伟

中国有句俗话叫“年年有余(鱼)”，从古至今，人们都把鱼视为吉祥物。养鱼需要漂亮的鱼缸、水草、气候以及持之以恒的喂食、换水、细心呵护，这些繁琐的事情让养鱼成了一种麻烦，同时也让喜欢养鱼而又忙碌的现代人望鱼兴叹。

为了弥补广大喜欢养鱼人士的遗憾，我刊经营部从国外成功引进了无需喂食、无需换水，携带方便的“生态瓶(袋)中鱼”，“生态瓶(袋)中鱼”又称幸运小魔鱼、懒人鱼、生态氧气鱼。这种融生态、观赏及趣味性为一体的现代科技产品一经上市便引起了人们的极大关注，它以时尚、科技、情感充分展现了装饰品的独特魅力。

产品介绍：

“生态瓶(袋)中鱼”造型独特，可以方便的放置于书桌、装饰柜、床头等处，还可以随意悬挂和带走，是馈赠亲友的一种极富高雅情趣的礼品；也是企业促销、庆祝等活动的最佳礼品。固体氧为日本进口。生态鱼无需喂食、无需换水，袋装鱼生命周期在7～15天左右，瓶装鱼生命周期在1年左右。

目前，该产品剐刚面世，市场缺口极大，经营前景广阔，是各商家经营选项的首选科技畅销产品。适用于在各大中小城市的大型超市、普通商店、工艺礼品店、精品屋、饭店、餐厅、办公室、宾馆、写字楼、酒店、机关、旅游景点、居室等的装饰精品。该产品一上市就受到许多消费者和投资者的关注。目前已经风靡很多城市。

湖北武汉的李秀云到云南游玩时发现有一种叫生态瓶中鱼的产品大受欢迎，虽然售价10元一个，但还是非常抢手。看到许多人抢购的场景，李秀云想，自己一直在想着创业，活鱼钥匙扣正是自己创业的好项目。随后，李秀云辞去了工作，找到活鱼钥匙扣的生产厂家，一次进了200个活鱼钥匙扣，拿到产品后，李秀云在人流量大的小区、步行街、休闲广场，以5元、10元的价格通过摆摊的方式进行销售。现在，李秀云已是生态瓶中鱼的代理商，她每个月的收入都在3000元以上。

特别提示：生态瓶中鱼批发价5元，个，100个起批，另加邮费50元!

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