新能源汽车用机械式可变磁通永磁电动机研发

1 研制背景及意义

电动汽车在全球范围内蓬勃发展，其中电动机是电动汽车关键部件之一。驱动永磁同步电机，既强调低速高转矩，又强调高速高功率，因此存在一对跷跷板矛盾。从低速爬坡的角度出发，需要较大的永磁磁链，获得大转矩系数和转矩密度。从高速的性能出发，希望较小的永磁磁链，提升高速输出能力。基于这一点的要求，本项目组提出了可变磁通电机。

图1 新能源汽车电动机可移动定子机构与实物图1.定子2.外壳1 3.导轨4.挡板1 5.固定杆6.活塞壁7.活塞8.密封环9.轴承10.主轴11.油道1 12.油道2 13.导轨套14.线孔15.挡板2 16.外壳2

2 新能源汽车用电动机可移动定子机构

本项目以液压为动力驱动，推动定子相对转子沿导轨做相对运动，改变磁通对转子的影响，改变其磁通的变化，达到扩速的目的。当油道1通油时而油道2卸油时，右边气缸充满油，定子向左边移动，当油道2通油时而油道1卸油时，左边气缸充满油，定子向右边移动，通过转子输出动力，与新能源汽车驱动轮或半轴连接，实现电动机动力输出。导轨使定子在其上轴向移动，起定子移动导向作用，导轨有3个，360°均匀分布。电机的结构参数如表1所示。

3 试验及数据分析

为获得更精准的实际运行工况，使用磁粉式测功机ZF100A对样机进行了测试，测试标准是以一个工况点测试，符合《GB 755-2008旋转电机定额和性能》标准。性能参数如表2所示。

表1 电机结构参数汇总表?

表2 性能参数汇总表?

图2 切割磁力线的有效长度与转速转矩图关系图

如图2所示，液压系统不工作时，切割磁力线的导体有效长度为30 mm，此时电动机的最大转速为900 r/min,相对应的转矩为9.2 N/m，此状态下电动机的转速为0～900 r/min。当液压系统工作时，切割磁感线的有效长度变短，磁通量变小，最大转速上升。随着压力的逐渐增大，最大转速随之增大。如图2所示，当导体有效长度为25 mm时，最大转速为1 080 r/min，转矩为7.7 N/m，转速为0～1 080r/min；当导体有效长度为20 mm时，最大转速为1 350 r/min，转矩为6.2 N/m，转速为0～1 350 r/min；当液压力达到最大时，定子相对运动达到最大，最大转速为1 800 r/min，转矩为4.6 N/m，转速为0～1 800 r/min。

4 结语

可变磁通电机在低速时用大磁通，高速时用小磁通，解决局部工作区域的效率问题。以液压为动力作为样机雏形，使定子和转子做轴向相对运动，调节气隙磁通，提高扩速能力，以实现电机的高效节能。本项目提出了这种新型可变磁通电机，能够解决电动机局部效率低的问题，因此在新能源汽车方面应用前景很广。

[1]刘恒川,林鹤云,郭健,等.永磁体形状对可变磁通记忆电机调磁参数影响分析[J].电工技术学报,2009,24(2):14-19.

[2]唐任远,等.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2001.

文章来源：《机械科学与技术》 网址: http://www.jxkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0616/620.html