1.目的及意义

汽车数目的飞快增长致使石油等化石能源加速消耗，汽车尾气排放引发的环境污染问题也日益突出，因此，新能源汽车已成为研发重点。永磁电机以其高效率、高功率密度等优点成为车用电机应用的热门；电动汽车所用永磁同步电动机的研究可以很好地解决资源短缺和环境污染问题。在此背景下，本课题拟研究电动汽车永磁同步电机优化设计方法。

1.1永磁同步电动机简介

文献[1]详细介绍了现代永磁电机的理论与设计。永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域，尤其是在电动汽车领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。随着永磁材料性能和电力电子器件性能价格比的不断提高，现代控制理论、微机控制技术和电机制造工艺的迅猛发展，新磁路结构的不断涌现，在永磁同步电动机理论分析、设计和运行控制中不断出现了许多有待进一步深入研究的新课题。

永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式（常规式）和外转子式；按转子上有无起动绕组，可分为无起动绕组的电动机（用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升起而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组的电动机（既可用于调速运行又可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机）；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机（简称永磁同步电动机）。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼（起动）绕组的调速永磁同步电动机。

本课题研究具有内置式转子磁路结构的永磁同步电动机。这类结构的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁芯内圆之间（对外转子磁路结构则为永磁体内表面与转子铁芯内圆之间）由铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起阻尼或（和）起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于“弱磁”扩速。

1.2永磁同步电动机的特点

1.2.1齿槽转矩

齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和定子铁芯之间相互作用而产生的转矩，是由永磁体和电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的。齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。文献[2]较为全面地论述了永磁电动机结构参数与齿槽转矩的关系。