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仅改变永磁体厚度，即采用方案1与方案3进行对比分析.计算得到输出转矩、效率以及转矩电流比的对比曲线如图8～10所示. 从图8～10可以看出：在转矩输出相同的情况下，方案3在整个运行区域内具有更高的效率和更大的转矩电流比.由此可知，增加永磁体用量对电机整体运行性能有所提升.但是，永磁体用量的增加会使电机造价提升，在实际设计时要综合考虑，兼顾成本. 从图11～13可以看出：在转矩输出相同的情况下，方案4的转矩电流比在低速区（0～2000r/min）明显小于方案1，但在高速区效率和转矩电流比有所提升.由此可知，适当减少绕组匝数可以提高电机高速区的性能，但同时会导致低速区转矩电流比下降，这就意味着系统对控制器的电流输出能力提高，在实际设计时需要特别注意. 4负载率对电机性能的影响 电动汽车的实际运行工况相当复杂，电动机不可能维持在某一特定工作点运行，负载率处于不断变化当中.考察不同负载率下的电机性能，有助于综合评判电机设计质量.在此选取不同的转矩特性曲线进行分析，如图14所示，转矩特性1～3分别代表的是重载、额定负载和轻载条件下的运行情况.分析得到3组随负载率变化的效率、转矩电流比特性曲线，分别如图15和图16所示. 从图14～16可以看出，不同负载率下，电机的效率和转矩电流比有着明显的差别. 任意负载下，电机效率都会随着转速的增加而先增大后减小，但重载情况下的效率最大值出现在额定转速以下，额定负载时的效率最大值出现在额定转速附近，而轻载时的效率最大值出现在额定转速以上；相同转速下，额定负载时电机的效率较高，说明设计方案对电机额定点的选取较为合理. 由于电机在高速运行区进行了弱磁扩速，转矩电流比的变化同时还受到电流超前导通角的影响，因此仅对低速运行区的情况进行比较发现：在未进行超前导通角调节的运行区域，相同转速下，转矩电流比随着负载率的增加而增大.分析认为：由于内置式永磁无刷直流电机转子磁路不对称，使得输出转矩中包含磁阻转矩分量，而磁阻转矩正比于电流的平方.因此，当负载功率增加引起输入电流增大时，输出转矩增大的幅度更大，故转矩电流比增大.这也是内置式永磁电机与表贴式永磁电机在设计时的一个重要差别. 5优化样机及测试 根据关键参数、负载率等因素对电机性能的影响结果，对样机设计方案进行了优化.主要的设计参数优化结果如表4所示. 6结论 1）设计了一台电动汽车用内置式永磁无刷直流电动机，并分析了电机的主要结构参数对效率、转矩电流比的影响.在机械加工能力允许的前提下，适当减小气隙长度可提高电机低速区性能；在兼顾成本的同时，适当增加永磁体用量可提升电机整体性能；适当减少绕组匝数可提高电机高速区性能，但会导致低速区的转矩电流比下降. 2）分析了不同负载率下电机的性能.电机的效率在轻载时较低，重载时较高，额定负载时电机整体效率最高，说明设计方案对额定点的选取合理；转矩电流比随负载率的增加而增大，主要是由于输出转矩中存在着与电流成平方正比关系的磁阻转矩分量导致的，这是内置式永磁电机与表贴式永磁电机的一个重要区别. 3）根据优化设计方案研制了样机并完成性能测试.测试结果表明，样机在恒转矩区和恒功率区的转矩、功率都满足驱动系统要求，样机综合性能符合应用需要. 参考文献 |
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