20211期
第56卷(218期) (EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
陈锤婷，桂佳林，雍玉芳
(宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波315336)
摘要为电高效性，匹配高效增程器系统；过整车仿真确定增程器系
统所需的功率扭矩，再分解到发电机，确定发电机性能。并基于Motor-CAD软件搭建电机模
型，改变磁钢V型夹角大小，分别为170°+150°和130°，分析各方案电机的空载反电、齿槽转
矩、气隙磁密、效率Map等，并进行热设计，评估合适的发电机方案。
关键词器;V型夹角；发电机;Motor-CAD
DOI：10.3969/J.ISSN.1008-7281.2021.01.02
中图分类号:TM314+1文献标识码:A文章编号：1008-7281(2021)01-0005-05
Design of Range-Extender Electric Vehicle Generator
Based on Motor-CAD
Chen Yuting，G ui Jialin and Yong Yufang
%Ningbo Geely Royal Engine Components Co.，Ltd.，Ningbo315336，China)
Abstract In order to realize the high efficiency of the range-extender electric vehicle，the high-efficiency extender system iz matched.Firstly,the required powea and torque of the range extender system were determined through simulation of the whoie vehicie，and then they were decomposed te the generator te determine its performanct.Based on Motor-CAD software,the motor model was buiit by changing the V-shaped angie of magnetic steel,of which the deeree was170°,150°and130°,respectively.The no-load back EMF,cogging torque,air--ap magnetic density and eficiency Map of the motoie in vv O ous schemes were analyzed and the thermal desicns were carried out to evaluate the appropOate generator scheme.
Key words Range extender;Vshaped angle;generatoe；Motor-CAD
0引言
为解决纯电动汽车的里程焦，增
电％REEV)是一种折中的解决方案,REEV配由发动机和发电机组成的器，车辆运行过中，电池电量情况，适给与电池充电。且发动机仅在几个特定的工况行，通过控制策略调整，尽可能使发动机运行于高效区，以低整车油耗的目的。器中匹配的发电机所对应的运行工况点的效率，对系统的整体发电效率有影响。本文基于器发电需求工况,Motor-CAD进行发电机设计。
1电机结构及性能参数
整车仿真计算，需求增程器发电工况点共三个，1600r/min8kW、2500r/min22kW、4000r/min 40kW。基于整车的仿真结果，定义发电机所需的性能参数，详细的参数可见表1o
1电机参数表
性能参数值
峰值扭矩(Nm)200
峰值功率%kW)68
工况点11600r/min8kW效率>92%
工况点22500r/min22kW效率>95%
况34000r/min40kW效率>95%最高工作转速(-min)5000
最高效率%%)>96%
额定电压％VDC)350
最大相电流(Arms)280
2不同方案电磁场性能分析
2.1基于Moha■-CAD「同步电机模型
Motor-CAD软件，搭电机几何模型，其
20211期
第56卷(218期)(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
中，电机类型选择永磁同步电机%PMSM），发电机电磁模型径向图如图1所示。电机槽数24、极数16，钢设置为V字型排布。为使电机轴向尺寸短，选集中绕组，匝数为45匝，单并绕，并联支路数为1。分别设置V型磁钢夹角（（如图2）为方案一170。、方案二150。和方案三130。。因器的额定发电点为4000r/min40'W，所以过计算三个方案的工况点34000r/min40kW 的性能数据，对各方案性能参数。
图1电机M o W o-CAD模型
图2V型磁钢夹角！
2.2空载电
由同步电动机理论可知，空载反电动势70⑴表示为
7=4.44fk d pN%10%1）式中，电流电频率；饥一绕组系数;N—每相串联匝数;％10—空载基波量'1（。
图3方案一5000/min空载反电动势
立一Phl-Ph2|g|—Ph2-Ph3|g|—Ph3-Phl|
图4方案二5000/min空载反电动势
|巳一Phl-Ph2|2|—Ph2-Ph3函一Ph3-Phl|
图5方案三5000r/min空载反电动势
如图3、图4、图5，改变磁钢V型夹角大小，最高工作转速5000r/min空载反电动势波形正弦性基本一致，方案一V型夹角为170。时反电动势峰值最高，方案三V型夹角为130。时反电动势峰值最低。
2.3齿槽转矩
齿槽转矩三个方案如图6、图7、图8所示。
图6方案一齿槽转矩
1.52
2.53
3.54
4.55
5.56
6.57
7.5
PositionfED]
图7二
图8方案三齿槽转矩
对比3个方案的齿槽转矩大小，如图6、图7、图8，可看出，方案3V型磁钢夹角为130。的齿槽转矩值最小，其值为±2.5Nm
。
2021
1期第56卷(
218期)
(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE )
2.4气隙磁密
1.701
1.488
1
216
.063
).851
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
PositionP^D]
图13 方案二4000r/min 40kW 工况气隙磁密
图9 方案一4000r/min 40kW 工况磁密云图
图10 方案二4000r/min 40kW 工况磁密云图
图14 4000r/min 40kW 工况气隙磁密
2-5转矩波
图15 +图16、图17, 三个方案在工况点
4000kW4000r/mm 下的转矩波动°方案一转矩 波动为8.6Nm , 8.9%；方案二转矩波动为 6.26N 叫6.4% ；方案三转矩波动为10.28N 叫
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Po«itioii[EDeg]
图11 方案三4000r/min 40kW 工况磁密云图
分析4000r/min 40kW 工况电磁密分布。如 图9、图10、图11，方案一的磁密饱和区域基本存
在于发电机转子n 部范围，而方案二和方案三的 磁密饱和区域则存在于转子磁桥部位。另外，还
可看出，其中方案二的磁密饱和情况更为 °
观察三个方案的气隙磁密分布图，如图12 +
图13、图14 示，方案二和方案三的气隙磁密峰
更强。
图 15 — 4000r/min 40kW 动
E
t l B Q U -G
™
8060*
20
1图 16 二 4000r/min 40kW 动
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Position[EDee]
图12 方案一 4000r/min 40kW 工况气隙磁密图17 方案三4000r/min 40kW 转矩波动
2.6电磁力
麦克斯韦张力理论，电机运行过程中电
会
径向和切向的磁拉力，径向力使电
:
心 振动，它是电磁噪声的主要
，而切向
力使定子齿 振 形，它也是 电磁噪
的另一 '2(。
分析三个方案在工况点4000'W 4000/min
的电 力 ， 径向 电 力 在方案二中 的
最大，在方案一中最小，如图18、图19、图20 示。
0.03
03
060912
150 0 0 0 0
- - - - -o |V|—Tangential Force |V|—Radial Force
50 100
150 200 250 300350
o
Position[MDeg]
图18 方案一4000/min 40kW 电磁力
图19 方案二4000/min 40kW 电磁力
|V|—Tangential Force |V|— Radial Force
024*******
220000111110-2一
---------
_
50
100
150 200 250 300 350
丰匕
Position[MDeg]
图20 方案三4000/min 40kW 电磁力
2.7 电机效率Map
各方案的电机效率map 图可应用Moto —CAD
Lab 模 出，如图21 +图22、图23 示。可知,
方案一峰 率最高为96.03%。方案一、方案 二和方案三在4000/min 40'W 工况点的效率分
别是95- 73% +95-68%和95- 48% ，由此可知，方 案一 V 型磁钢夹角为170。时，电机的效率最高。
(N v n b j o l
勺
q s
9795
9391
89
878583
1000
2000 3000
4000
5000
Speed(rpm)
图21方案一电机效率map 图
(N c n b j o l
^B q s
o
-50
-100 -150 -200
979593
9189
878583 b
1000
2000 3000 4000 5000
Speed(rpm)
(N v n b J O J
勺
q s
图22方案二电机效率map 图
1000
2000 3000 4000
5000
969492
90
88
868482
Speed(rpm)
图 23 电机 map 图
3电机热性能分析
对比三个方案的电磁性能，方案一 V 型夹角
为170。时更优。因，选 方案一 V 型夹角为
170。的电机电磁模型进行电机热设计，热模型中
方式，设置电机热模型。设
水温为65f ，流量为8L ，计算电机各部位绕组温 度
情况。
(a)
径向分布
(b)
轴向分布
图24 4000/min 40kW 工况下电机各部位温度
由仿真结果可知，在4000/min 40'W 工况 下，连续运行30min ，发电机温度分布如图24所 示，其中，绕组最高温度165f ,
(下转16
页)
却器及油、水管路以及其它的零部件，达电机，要求进行性。
整个装配过程中由于有励磁机转子，是三轴承结构，如电机定心（把两个以上的轴联接起来，它们的轴线同在一条线就心[15]）x 不好，往往会引起电机振动和轴承过热，因：心是电机的研究方向，我们以转子自度的计算数据和各轴力为理论依，数对机轴高数据进行了精密调试，最终解决了定心的关键问题。
6结语
电机在制造工艺研制过程中对关键部件如：转轴、定子铁心、vpi浸漆和定心调整等关序做了充分的方案研究，了电机研制成功，电机最终通过了各项机械、电气性能试并。户后，运行稳定，各项指标均要求，户的好评。该电机制造成功，标志着我了大功率、高转速高炉风机用电机的制造，使在大功率高炉风机电动机的市场处于有利的竞争位置。
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（上接8页）小于180°C。
4结语
本文Motar-CAD软件对增程器的发电机行了电磁模型搭建，并对比了V型磁钢夹角分别为170。、150。和130。三个方案的电机电磁性"对结果显示，三个方案各有，但方案一170。时，电机的峰值效率况点4000r/min 40kW的效率最高。因选用方案一V型磁钢夹角170°作为器发电机方案，并进一步做电2011.1：71.
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出，1989:25.
作者简介：黄秀波男1975年生；毕业于燕山大学机械制造工艺及其设备专业，现从事、直流电机、核电轴封、屏蔽电机及泵类的工作.
收稿日期：20207376
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机热仿真分析，结果显示，绕组温升满足要求。
参考文献
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汽车发电机作者简介：陈锂婷女1988年生；毕业于福州大学机械设计及理论专业，现从事电驱前瞻技术研究工作.
收稿日期：2020-03-02
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