电动汽车用分裂绕组永磁同步电机设计( 三 ) _电动汽车

2) 绕组分裂匝数比λ=N1/(N1+N2) ， λ的选取需要同时考虑低速时输出足够大的转矩和高速时足够小的感应电动势。
3) 分裂转速点n的选取要根据分裂匝数比而定，并同时保证绕组分裂前感应电势足够小，绕组分裂后输出转矩足够大。
4) 为了尽可能降低系统的最大伏安容量，绕组分裂前所有绕组串联工作的电流is1和绕组分裂后仅部分绕组工作的电流is2要满足关系is1≈ is2 。
5) 绕组分裂前的总匝数选取要考虑系统的安全电压，即考虑切换开关的故障模式，在所有绕组串联情况下，电机在最大转速时的感应电动势要小于控制器件的安全电压。
2.2 设计结果与对比分析
根据以上设计原则，利用Maxwell 2D软件对绕组匝数、分裂转速点和转子磁钢尺寸进行参数化分析，计算得出分段段数z=2 ，分裂转速n=6800r/min ，元件匝数N1=4 ， N2=5 ，即转速小于6800r/min时绕组工作匝数为9匝，转速大于6800r/min时绕组工作匝数4匝。
对比分裂绕组电机和普通绕组电机的空载感应电动势曲线如图8所示。图8中，实线为分裂绕组电机空载感应电动势曲线，虚线为普通绕组电机感应电动势曲线。可以看到，分裂转速前电机感应电动势斜率很大，分裂转速后电机感应电动势斜率较低，之后电机的空载感应电动势远低于普通电机。

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图8 空载感应电势对比
分裂绕组电机的定子电流曲线如图9和图10所示，其中图9为电流幅值曲线，图10为电流相角曲线。对比图4和图9可以看出，高速时分裂绕组电机的电流得到有效抑制，最高速时电流不超过低速时的恒转矩电流。

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图9 分裂绕组电机电流幅值曲线

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图10 分裂绕组电机电流相角曲线
对比普通电机和分裂绕组电机最大伏安特性曲线如图11所示。可见，绕组采用分裂控制可以有效地降低整个系统的伏安容量，从而节省成本，提高系统的功率密度。

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图11 电机最大伏安容量对比
计算分裂绕组电机的输出转矩特性曲线，如图12所示。图12中，三角线为绕组分裂前转矩曲线，虚线为绕组分裂后转矩曲线，两条曲线叠加之后的轮廓线可以完全覆盖图1的电动物流车需求转矩曲线。进一步计算分裂绕组电机的效率map ，如图13所示。可见，该电机存在两个高效率区域，对比图5普通电机的效率map ，发现高效区域面积几乎增加了一倍。

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图12 分裂绕组电机输出特性曲线

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图13 分裂绕组电机输出效率map
3 实验验证
分裂绕组电机试验样机如图14所示，分裂绕组电机接线盒内部引出线如图15所示，两段式分裂绕组共计9个引出头，其中A、B、C端接控制器输出， A1 ， B1 ， C1和A2 ， B2 ， C2分别接切换开关K1和K2 。

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图14 分裂绕组电机样机

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图15 分裂绕组引出线图
将电机安装在台架上进行性能测试，如图16所示，电机通过减速器、传动轴和后桥的差速器连接，后桥两端各布置一个测功机，可以模拟车辆的具体运行状态，电机和差速器的连接如图17所示。

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图16 分裂绕组电机台架试验
电机测试过程中对数据进行记录，中控室操作界面如图18所示。设定转速后测功机测取转矩值，本测试所用电机减速器变比3.07 ，后桥差速器减速比6.15 ，总计减速比18.8 ，界面中左右转速和转矩分别显示的是两个测功机的测量值，即代表实际车辆运行时轮毂的转速和转矩，两边转矩之和除以减速比即为电机输出转矩。