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摘 要

永磁同步电机作为一种新型电机具有气隙磁密高，功率密度高，体积小，质量轻，铁耗小，效率高等特点。和感应电机相比，它不需要外界能量即可维持其磁场。相对异步电动机而言则结构比较简单，永磁同步电的永机磁体产生的磁通可以取代感应电机的绕组励磁，转子不需要励磁电流，并且转子和定子磁场可以同时运行，这样就有效的提高了电机的工作效率。但永磁同步电机也存在因使用温度过高或过低而造成的不可逆退磁问题，高转速运行受限、制造成本较高等不足。

本课题重点探讨了永磁同步电机的选题背景和意义、目前国内外的研究状况、材料及工作原理等。并以4kw车用永磁同步电机为设计要求，系统的完成整个电磁设计，主要包含主体尺寸设计，永磁体材料甄别选用、冲片设计，线圈绕组计算。最后使用Ansoft仿真软件对永磁同步电机模拟分析，算出反电动势、电感、电阻等，得出了N-T特性曲线。

关键词：永磁同步电机；电磁设计；永磁材料；磁通；性能分析

Electromagnetic Design of PMSM for Embedded Vehicle in 4KW

Abstract

As a new type of motor, permanent magnet synchronous motor is characterized by high density, high power density, small volume, light weight, small iron consumption and high efficiency. Compared with the induction motor, it does not require external energy to maintain its magnetic field. Relative to asynchronous motor structure is simple, the permanent magnet synchronous electrical machine forever magnet flux can replace the induction motor winding excitation, do not need field current, rotor and rotor and the stator magnetic field can be run at the same time, thus effectively improving the working efficiency of the electric machine. However, the PMSM also has an irreversible demagnetization problem caused by too high or too low temperature, and the high speed operation is limited and the manufacturing cost is not high enough.

This topic mainly discusses the background and meaning of the topic selection of PMSM, the current research status, materials and working principles at China and overseas. With 4 kw automotive design requirements for PMSM, Complete the entire electromagnetic design. the design mainly includes main body size, permanent magnet material selection screening, plate design, coil winding is calculated. Finally, Ansoft simulation software is used to simulate and analyze the permanent magnet synchronous motor, calculate the counter electromotive force, inductance, resistance, etc., and get the n-t characteristic curve.

Key words ：PMSM；Electromagnetic Design；Permanent Magnetic Material；Magnetic Flux；Performance Analysis

目 录

摘要 ...Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2国内外电动汽车发展现状 1

1.3永磁同步电机用于电动汽车的优越性 2

1.4 本课题主要研究内容 2

第二章 永磁同步电机的原理 4

2.1永磁材料 4

2.2永磁同步电机的基本电磁关系 5

2.2.1转速和气隙磁场有关系数 5

2.2.2 感应电动势 6

2.2.3交直轴电抗及电磁转矩 7

2.3本章小结 9

第三章 永磁同步电机电磁设计 10

3.1结构设计 10

3.1.1设计流程 10

3.1.2定子冲片的设计 11

3.1.3 电机主要尺寸的研究 11

3.2电磁设计 12

3.2.1确定主要尺寸 12

3.2.2永磁体及定转子冲片设计 13

3.2.3 绕组计算 14

3.3电压系数的计算 15

3.4本章小结 16

第四章 永磁同步电机有限元分析 17

4.1永磁同步电机的建模与仿真 17

4.2搭建RMxprt模型 17

4.2.1建立电机RMxprt模型 17

4.2.2矫顽力的设置 18

4.2.3风阻和摩擦损耗的设定 18

4.2.4设置电机定、转子长度 19

4.2.5设置绕组参数 20

4.3仿真分析 20

4.4本章小结 22

1. 结论 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪 论

1.1选题背景及意义

近年来伴随着能源短缺和传统能源使用带来的的环境污染问题的加重，减少化石能源的使用开发清洁新能源，走可持续发展道路成为世界各国人民的共同愿望。

众所周知，比起普通燃油汽车，新能源汽车的能源利用率更加高效，且新能源汽车所产生的排放也比普通燃油汽车要低很多。因此，新能源汽车的应用将能在很大程度上缓解能源短缺和污染严重的问题。对于电动汽车来说，驱动电机相当于汽车的心脏，驱动电机的优劣直接决定了电动汽车的性能好坏。随着各个国家对新能源开发的大力支持，各大企业对新能源技术研发的大力推动，电机技术在朝着更加广泛、更加实用的方向前进，电动机代替内燃机成为未来汽车的主要引擎已经是大势所趋。因良好的应用性能，永磁同步电机尤其倍受各大车企厚爱。与其他类型的电机相比较，永磁同步电机具有气隙磁密高，功率密度高，损耗小，体积小，质量轻，运行效率高等一系列优点。近几年来永磁材料的不断发展也大力地推动了永磁同步电机的进步，同时也攻克了一些重要难点，改善了材料的制造方法，提高了材料利用率，减少了加工成本。

永磁同步电机的长足发展能够有效减轻内燃机汽车所带来的尾气排放污染以及化石能源的消耗问题，对于人类的发展和环境的保护有着深远的意义。

1.2国内外电动汽车发展现状

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