汽车电机设计(从电机效率map，看汽车永磁同步电机的设计理念和匹配参数)

做汽车电机的设计和匹配，电机效率map是最重要的性能之一，无论你是电机厂还是主机厂，都应该对效率map图相当熟悉，信手拈来。

可能有很多人觉得我是故弄玄虚，不就是一个效率map图吗，只不过是电机的基本性能和输出给主机厂做匹配的而已。

其实真的没有你想象的那么简单，我们从效率map上面可以看出电机的很多设计理念和重要的设计参数。我这次从结果出发，先给出结论，然后再对结论进行分析论证，抛砖引玉，希望您通过我的分析自己能更深入的了解电机效率map和电机设计理念、参数及对整车性能的影响。

这里我们只讨论两个重要的结论：1、电机的最高效率区域分布，是以电机空载反电动势等于电池电压为中心线，向左右两侧扩散的。2、电机空载反电动势与电池电压比值设计过小将不利于整车行车能耗，但有利于整车中高速动力性（电机功率密度提升）。

我们先来证明一下电机的最高效率区域是以空载反电动势等于电池电压为中心的。

根据唐任远教授的《现代永磁电机理论与设计》，第6章5.1空载反电动势里面研究的，当电机空载反电势在额定电压处时，电机定子电流有最小值，此时电机空载损耗也有最小值，见下图一和图二。

由此可见，当电机空载反电势等于额定电压时（电池电压），电机有最高效率。

图一 定子电流和反电动势的关系

图二 空载损耗和反电动势的关系

这个结论用处其实很大的，我们可以从已知的电机效率map图中，推出电机的设计信息：如下图三某电机效率map所示，该电机效率map的试验的电池电压350V。

我们由此可以知道电机的如下设计信息：1、电机的最高效率转速6000rpm，此处电机反电动势等于电池电压；2、电机最高反电动势约为电池电压的2倍（设计理念和电机反电动势设计值）

图三 成型绕组电机4层绕组

从上面的分析中，我们已经知道，电机效率map能反映出电机反电动势的大小，电机空载反电动势的大小，不仅对电机高效区在转速上的分布有决定性作用，还和电机的功率成正比关系。

所以才说电机空载反电动势与电池电压比值设计过小将不利于整车行车能耗，但有利于整车中高速动力性。我这边不方便举例整车来说明这个观点，就以一个电机的仿真效率map来证明吧。

如下图四和图五是同一个电机在不同电池电压下仿真出来的效率map图。其中图四的仿真电压是反电动势的1/2值，电机峰值功率97kW;图五电机仿真电压是反电动势的1/3值，电机峰值功率65kW;可见，电机反电动势和电机功率成正比。

通过整车的行车能耗仿真可以知道，电机效率map的最高效率转速区域在一定区域才能使整车行车能耗较低，如果一味的追求电机的高功率密度，导致电机高效区往高转速区域移动，是不利于整车移动能耗的。

图四 电机反电动势是电池电压的2倍

图五 电机反电动势是电池电压的3倍