驱动电机电磁性能全面分析

为了确保计算的准确性，有必要针对驱动电机的电磁性能进行分析与校核。在此利用有限元法对驱动电机进行在空载、转矩过载、高速弱磁等工况以及短路去磁情况进行了分析与计算。永磁电机中磁钢与有槽电枢铁心相互作用而致使气隙磁导发生了改变，从而不可避免地产生齿槽转矩，导致转矩波动、噪声与振动，进一步地将影响整个系统的控制精度。很多削弱齿槽转矩的方法被提出，比如斜槽、斜极、优化槽开口、优化极弧与磁钢形状等。其中斜槽方法不仅驱动技术成熟、生产工艺简单、效果很好，而且其获得的反电动势波形极其正弦。图1为驱动电机斜槽前后齿槽转矩的对比，斜槽前齿槽转矩占总额定负载时电磁转矩的2%,斜槽后，齿槽转矩基本削弱。1500r/min时，驱动电机反电动势计算结果如图2所示。由于斜槽使得反电动势更加正弦，其谐波含量大幅度地减小。

图1：驱动电机齿槽转矩图

图2：反电动势计算值

高转矩过载倍数能使电动汽车获得较好的爬坡能力与加速性能。然而，高转矩过载时容易使电机铁心饱和，致使峰值电流输入时也输出不了峰值转矩。由于电机空载反电动势与转速成正比，转速越高，反电动势越大，所以，在没有弱磁电流情况下电机端电压也就越大。然而，在恒定的直流母线电压情况下，控制器输出电压有上限，这就意味着高转速的输出需要依靠增加d轴电流来削弱主磁场，使气隙合成反电动势基本维持不变来实现。

磁钢发生不可逆去磁将使环球电机性能包括额定电压、额定功率等都会削弱，从而影响其正常使用。如果此时电机还按额定工况或过载工况的设计要求进行工作，去磁电枢磁势与温升将会使磁钢去磁更加严重，加速这种恶性循环。因此，电机设计时有必要针对其进行最大去磁工作点校核。当永磁电机发生短路时，电枢反应产生的磁势几乎是一个纯去磁作用的直轴磁势，因此，磁钢去磁分析应重点考虑这类情况。从磁钢表面磁密分布情况可知，两类情况下磁钢均有不同程度的失磁，其中不对称三相短路时，磁钢去磁面积最大，但最大磁钢去磁面积小于0.2%。

整个驱动电机测试系统主要有直流电源、驱动电机、无刷控制器、冷却水系统、扭转传感器、功率分析仪以及示波器。其中直流电源的主要作用为将电网中三相交流电整流成直流输入驱动电机的控制器供测试系统使用。在电机测试时采用了两台驱动电机对拖的方式进行测试，测试时，其中一台电机充当电动机，另一台电机充当发电机。驱动电机冷却水由冷却水箱提 供，冷却水先由外接水泵抽入驱动电机对其进行冷却后，最后流入冷却水箱循环。控制器采用强迫风冷进行冷却。