永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
(14)
式(14)中：V為冷卻水的流速；n為水道的數量；Al為水道的截面面積。
冷卻系統的熱平衡方程式為
hmAΔtm=qmcm(t0-ti)
(15)
式(15)中：hm為傳熱係數平均值；Δtm為流體與壁面溫度差值；qm為流體的質量流；t0為流體進入水道溫度；ti為流體進流出水道溫度。
3 機建模與仿真
3.1 電機建模
基於Ansoft RMxprt建立永磁同步電機仿真模型，導出Maxwell2D模型視圖，進行電磁場仿真分析。Ansoft RMxprt中有專門的內置式(interior permanent magnet，IPM)永磁同步電機的分析模塊，輸入電機基本參數，具體包括定子/轉子的結構形式及參數、繞組參數、磁鋼參數等。永磁同步電機二維仿真模型如圖3所示。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
(14)
式(14)中：V為冷卻水的流速；n為水道的數量；Al為水道的截面面積。
冷卻系統的熱平衡方程式為
hmAΔtm=qmcm(t0-ti)
(15)
式(15)中：hm為傳熱係數平均值；Δtm為流體與壁面溫度差值；qm為流體的質量流；t0為流體進入水道溫度；ti為流體進流出水道溫度。
3 機建模與仿真
3.1 電機建模
基於Ansoft RMxprt建立永磁同步電機仿真模型，導出Maxwell2D模型視圖，進行電磁場仿真分析。Ansoft RMxprt中有專門的內置式(interior permanent magnet，IPM)永磁同步電機的分析模塊，輸入電機基本參數，具體包括定子/轉子的結構形式及參數、繞組參數、磁鋼參數等。永磁同步電機二維仿真模型如圖3所示。
圖3 永磁同步電機二維模型
Fig.3 Permanent magnet synchronous motor
two-dimensional model
3.2 電機磁場仿真
對電機模型進行網格劃分，計算空載、定子三相繞組任意兩項通電流時的磁場分佈，圖4是永磁同步電機內部磁場強度H和磁感應強度B的分佈情況。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
(14)
式(14)中：V為冷卻水的流速；n為水道的數量；Al為水道的截面面積。
冷卻系統的熱平衡方程式為
hmAΔtm=qmcm(t0-ti)
(15)
式(15)中：hm為傳熱係數平均值；Δtm為流體與壁面溫度差值；qm為流體的質量流；t0為流體進入水道溫度；ti為流體進流出水道溫度。
3 機建模與仿真
3.1 電機建模
基於Ansoft RMxprt建立永磁同步電機仿真模型，導出Maxwell2D模型視圖，進行電磁場仿真分析。Ansoft RMxprt中有專門的內置式(interior permanent magnet，IPM)永磁同步電機的分析模塊，輸入電機基本參數，具體包括定子/轉子的結構形式及參數、繞組參數、磁鋼參數等。永磁同步電機二維仿真模型如圖3所示。
圖3 永磁同步電機二維模型
Fig.3 Permanent magnet synchronous motor
two-dimensional model
3.2 電機磁場仿真
對電機模型進行網格劃分，計算空載、定子三相繞組任意兩項通電流時的磁場分佈，圖4是永磁同步電機內部磁場強度H和磁感應強度B的分佈情況。
圖4 電機磁場與磁感應強度分佈
Fig.4 Motor magnetic field and the magnetic induction
intensity distribution
由圖4可以直觀看到電機空載運行時磁場強度和磁感應強度的分佈以及各個部分磁場的飽和情況。從圖4(b)可以看出硅鋼片靠近永磁體部分磁感應強度高度飽和，整個電機磁感應強度分佈均勻，減少了諧波干擾。
電機磁力線A分佈如圖5所示。由圖5可知電機的磁通主要部分為定子繞組通有電流的激磁極經氣隙達到轉子極的主磁通，且在磁鋼附近有少許的漏磁。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
(14)
式(14)中：V為冷卻水的流速；n為水道的數量；Al為水道的截面面積。
冷卻系統的熱平衡方程式為
hmAΔtm=qmcm(t0-ti)
(15)
式(15)中：hm為傳熱係數平均值；Δtm為流體與壁面溫度差值；qm為流體的質量流；t0為流體進入水道溫度；ti為流體進流出水道溫度。
3 機建模與仿真
3.1 電機建模
基於Ansoft RMxprt建立永磁同步電機仿真模型，導出Maxwell2D模型視圖，進行電磁場仿真分析。Ansoft RMxprt中有專門的內置式(interior permanent magnet，IPM)永磁同步電機的分析模塊，輸入電機基本參數，具體包括定子/轉子的結構形式及參數、繞組參數、磁鋼參數等。永磁同步電機二維仿真模型如圖3所示。
圖3 永磁同步電機二維模型
Fig.3 Permanent magnet synchronous motor
two-dimensional model
3.2 電機磁場仿真
對電機模型進行網格劃分，計算空載、定子三相繞組任意兩項通電流時的磁場分佈，圖4是永磁同步電機內部磁場強度H和磁感應強度B的分佈情況。
圖4 電機磁場與磁感應強度分佈
Fig.4 Motor magnetic field and the magnetic induction
intensity distribution
由圖4可以直觀看到電機空載運行時磁場強度和磁感應強度的分佈以及各個部分磁場的飽和情況。從圖4(b)可以看出硅鋼片靠近永磁體部分磁感應強度高度飽和，整個電機磁感應強度分佈均勻，減少了諧波干擾。
電機磁力線A分佈如圖5所示。由圖5可知電機的磁通主要部分為定子繞組通有電流的激磁極經氣隙達到轉子極的主磁通，且在磁鋼附近有少許的漏磁。
圖5 電機磁力線分佈
Fig.5 Motor magnetic field lines distribution
通過理論計算、數值仿真、樣機試製等環節，設計的永磁同步電機試驗樣機如圖6所示。臺架試驗表明，電機參數與設計指標基本符合，能較好地滿足車輛驅動要求。
永磁同步電機具有較高功率密度和轉矩密度，與異步電機相比，既有結構和成本上的優勢，同時又彌補了效率低這一缺點。針對開關磁阻電機噪聲大的問題，永磁同步電機通過疊加磁阻轉矩來克服上述不足，提高效率的同時，又降低了轉矩脈動。由於永磁同步電機取消了電勵磁系統，在結構上得到了優化，性能有所提升，運行可靠，效率相對較高。隨著稀土材料的開發，越來越多的高性能永磁材料用在永磁同步電機上，其功率密度和運行效率也得到提高。
基於某型純電動SUV對其永磁同步驅動電機進行了性能參數、結構參數的匹配計算及本體設計，設計出周向螺旋式水冷結構，分析了電機的主要熱源，對冷卻系統的熱量進行了計算，利用Ansoft有限元軟件對電機的電磁特性進行了仿真。試驗表明設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。
1 電機基本參數的確定
驅動電機的選擇和匹配需要根據汽車動力性參數來確定，目前主要利用汽車最高車速、汽車最大爬坡度和加速性能這三方面的數據，選配與汽車相協調的驅動電機。
電動汽車以最高車速行駛消耗的功率pm1為
(1)
式(1)中：umax為最高車速；m為整車總質量；ηt為機械傳動效率；f為滾動阻力系數；CD為風阻係數；A為迎風面積。
以某一車速爬上最大坡度消耗的功率Pm2為
(2)
式(2)中：up為汽車爬坡時的行駛速度；αmax為最大坡度角。
以汽車加速性能確定驅動電機功率Pm3為
(3)
式(3)中：uf為汽車加速後達到的速度；δ為旋轉質量換算係數。
在電動汽車電機設計時，額定功率應滿足電動汽車對最高車速的要求，驅動電機峰值功率應能同時滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度和加速度的要求。所以電動汽車驅動電機的額定功率和峰值功率分別為
pe≥pm1
(4)
pemax≥max(pm1，pm2，pm3)
(5)
根據表1所示整車基本參數與性能參數，經計算初步設計驅動電機額定功率為30 kW，峰值功率為60 kW，符合GB/T 18488.1—2015電動汽車用驅動電機系統技術條件要求。
表1 整車基本參數與性能參數
Table 1 Basic parameters and performance
parameters of the vehicle
電動汽車最高行駛速度與驅動電機最高轉速之間的關係為
(6)
式(6)中:nmax為最高轉速；∑i為傳動系統傳動比；r為車輪滾動半徑。
驅動電機額定轉速為
(7)
式(7)中：β為驅動電機擴大恆功率區係數，通常取值為2～4，這裡取β=2.5。
電機最大轉矩Tmax的選擇既要滿足啟動轉矩和最大爬坡度的要求，又要結合最大傳動比，計算公式為
(8)
式(8)中：imax為傳動系統最大傳動比；
(9)
式(9)中：λ為電機的過載係數，取值一般為2～3.5，本設計取λ=2；TM為電機峰值轉矩。
驅動電機的額定電壓隨額定功率增大而增大，同時驅動電機的額定電壓與電池組電壓密切相關。通過高壓配電盒，將電池直流電轉換為電機交流電。因此，選擇合適的電池組電壓和電流是滿足整車驅動行駛的前提。根據實際工況與參數匹配要求，選擇電機額定電壓為220 V。
通過相關公式和給定參數，計算得出表2所示
表2 電機設計參數
Table 2 Motor design parameters
驅動電機最大功率、額定轉矩、最高轉速等參數。
2 水冷結構的設計與計算
2.1 電機的熱源分析
電機運行過程中會產生損耗，不僅使電機的工作效率降低，也會使電機內部溫度升高。當電機溫度過高時，其內部材料會發生變化，進一步會影響電機正常工作。電機的冷卻系統主要是利用冷卻介質帶走運行過程中所產生的熱量，起到快速降溫的作用，從而避免因溫度過高而引起一系列問題。因此，對於電機溫升的分析研究，除了要準確分析計算電機整體溫度場分佈情況外，還要提高電機自身的散熱能力即改善電機的冷卻系統。
電機運行過程中，會伴隨著各種損耗，引起電機的溫度增加。電機熱的來源主要有鐵損、銅損、永磁損耗和機械損耗，其中鐵損和銅損佔車輛電機損耗的很大比例。鐵芯損耗由轉子和定子鐵芯損耗組成。機械損失包括軸承摩擦損失和空氣磨損引起的空氣和轉子表面之間的摩擦。永磁同步電機的大部分損耗來源於定子鐵芯及繞組。定子鐵芯損耗所產生的熱量與機殼發生熱傳遞，因此可以通過在機殼中設計冷卻水道來進行換熱降低其溫度。繞組損耗所產生的熱量與包裹在其表面的絕緣體進行傳熱，之後傳給定子鐵芯，鐵芯再與冷卻水換熱。此外，還有部分繞組損耗是由其端部產生，可以忽略不計。
繞組損耗為
(10)
式(10)中：PCu，i繞組i的銅損值；Ii為繞組i中電流；Ri為繞組i的電阻。電機為三相繞組，即
PCu，i=3I2R
(11)
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
式中：I為流過每相繞組的電流；R0為20 ℃即正常室溫下的每相繞組電阻值；α為銅在20 ℃時的電阻溫度係數，取α=0.003 9/℃；T為常溫下的繞組溫度，經驗值取T=100 ℃。
電機存在兩種熱量的傳遞方式：一種是熱傳導，即熱量從一種介質被傳入另一種介質中去，主要是一個傳遞的過程；另一種是熱對流，通過介質的流動實現。水冷式永磁同步電機主要通過冷卻水對流來釋放鐵芯和繞組的熱量，因為冷卻水的對流換熱效率比空氣對流換熱的效率要高得多。熱量被傳遞到水道的冷卻水之後，通過其流動將熱量帶走。永磁同步電機熱傳遞示意如圖1所示。
1為軸；2為轉子鐵芯；3為前端蓋；4為主殼體；5為定子鐵芯；
6為冷卻水；7為水道外殼；8為繞組；9為後端蓋
圖1 永磁同步電機熱傳遞
Fig.1 Permanent magnet synchronous motor heat transfer
2.2 電機水冷結構的設計
影響電機溫度場的主要因素包括：冷卻水流速、水道的結構及電機殼體材料。不同的冷卻水流速和水道的結構會對電機的對流換熱係數，還會影響電機散熱過程中傳熱係數、密度和化熱容等相關參數。水道結構不僅對於電機的溫度場有非常大的影響，而且還會直接影響到電機整體重量。
冷卻水道的設計是電機冷卻系統的關鍵。水道形式決定了冷卻液的流動路徑、流動速率、對流散熱的面積，這些因素也直接影響電機冷卻系統的效率。由於不同的電機自身的發熱部位、發熱強度、形狀外觀、功率大小都各有差異，設計時要針對電機的特點選擇最恰當的水道形式。鑑於周向螺旋式水冷結構管壁表面光滑平整，具有流動阻力小，壓力損失小，水速比較穩定，冷卻效果易於掌控等優點，結合電機在整車上的使用環境、佈置需求等因素，將該電機定子殼體內的冷卻結構設計周向螺旋式結構(圖2)。
圖2 永磁同步電機周向螺旋水冷結構
Fig.2 Spiral water-cooled structure of permanent
magnet synchronous motor
2.3 冷卻系統熱量的計算
假設冷卻水箱中的冷卻液全部流入電機的水道中，並且將電機產生的全部熱量帶走，通過假設溫度差，可確定冷卻水的總流量：
(13)
式(13)中：ρ為冷卻水的密度；cm為比熱容；Δt為冷卻水流過電機後的進出水口的溫度差。
冷卻水流速為
(14)
式(14)中：V為冷卻水的流速；n為水道的數量；Al為水道的截面面積。
冷卻系統的熱平衡方程式為
hmAΔtm=qmcm(t0-ti)
(15)
式(15)中：hm為傳熱係數平均值；Δtm為流體與壁面溫度差值；qm為流體的質量流；t0為流體進入水道溫度；ti為流體進流出水道溫度。
3 機建模與仿真
3.1 電機建模
基於Ansoft RMxprt建立永磁同步電機仿真模型，導出Maxwell2D模型視圖，進行電磁場仿真分析。Ansoft RMxprt中有專門的內置式(interior permanent magnet，IPM)永磁同步電機的分析模塊，輸入電機基本參數，具體包括定子/轉子的結構形式及參數、繞組參數、磁鋼參數等。永磁同步電機二維仿真模型如圖3所示。
圖3 永磁同步電機二維模型
Fig.3 Permanent magnet synchronous motor
two-dimensional model
3.2 電機磁場仿真
對電機模型進行網格劃分，計算空載、定子三相繞組任意兩項通電流時的磁場分佈，圖4是永磁同步電機內部磁場強度H和磁感應強度B的分佈情況。
圖4 電機磁場與磁感應強度分佈
Fig.4 Motor magnetic field and the magnetic induction
intensity distribution
由圖4可以直觀看到電機空載運行時磁場強度和磁感應強度的分佈以及各個部分磁場的飽和情況。從圖4(b)可以看出硅鋼片靠近永磁體部分磁感應強度高度飽和，整個電機磁感應強度分佈均勻，減少了諧波干擾。
電機磁力線A分佈如圖5所示。由圖5可知電機的磁通主要部分為定子繞組通有電流的激磁極經氣隙達到轉子極的主磁通，且在磁鋼附近有少許的漏磁。
圖5 電機磁力線分佈
Fig.5 Motor magnetic field lines distribution
通過理論計算、數值仿真、樣機試製等環節，設計的永磁同步電機試驗樣機如圖6所示。臺架試驗表明，電機參數與設計指標基本符合，能較好地滿足車輛驅動要求。
圖6 永磁同步電機試驗樣機
Fig.6 Permanent magnet synchronous motor
experimental prototype
4 結論
針對某型純電動SUV的水冷式永磁同步驅動電機進行了設計與仿真分析，得到以下結論。
(1)分析了電機的熱源與熱量傳遞特性，對冷卻系統進行了熱量計算，設計了永磁同步電機的周向螺旋式水冷結構，能滿足電機散熱需求。
(2)建立永磁同步電機仿真模型，分析了電機磁場強度、磁感應強度及磁力線的分佈特徵，為電機結構及性能優化提供了參考。
(3)臺架試驗表明，設計的電機能較好地滿足車輛驅動要求。