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2025-09-29
电动机选型与参数匹配方案优化
【摘要】：图8.14电机的机械特性曲线在电动机达到额定转速前的范围，电动机可以输出恒定的转矩值，满足转子发动机启动过程的需要。表8.3电动机参数根据以上参数的要求，结合市场上现有的电动机，经过调研，最终确定电动机型号为唯川电机EC2453，具体参数如表8.3所示。表8.3电动机参数
1.电动机选型
在启动系统中，电动机作为十分重要的动力单元，其性能参数直接影响启动性能。电动机的选择主要包括以下要求：高转矩密度和功率密度，调速范围宽，恒转矩、恒功率范围广，高效率、高可靠性和稳定性，良好的可控性和较低的成本，合适的体积和尺寸，容错和低噪声等。表8.2从效率、尺寸等多个角度对不同电动机进行了横向对比，并将每个指标的分数情况进行累加。
表8.2 不同电动机横向对比
从表8.2可以看出，除直流电动机外，其他三种电动机的综合性能评价较高。永磁电动机具有低速大扭矩的特点，动力性更符合集成发电系统应用的需要，但控制困难导致成本变高。感应电动机制造成本更高，控制技术相对成熟，但效率欠佳。可变磁阻电动机尽管其他性能优越，但技术还不成熟，不在考虑范围。由于启动系统的对象针对微小型转子发动机，在各种考量因素中更偏重尺寸和功率这两个指标，因此权衡之下采用永磁电动机作为启动系统的电动机。
2.参数匹配
启动系统要求电动机能够短时间启动发动机点火，因此驱动电动机必须具有低速大转矩的特性，以提供启动转矩克服发动机的启动阻力矩。另外，由于电动机与发动机同轴耦合，因此电动机的转速也需要与发动机转速相匹配。具体来说，电动机选型考虑的主要因素如下：①电动机额定转速大于发动机最低启动转速；②电动机扭矩大于发动机启动阻力矩；③电动机允许的最高转速大于发动机最高转速；④与电池的充放电性能匹配。综上所述，根据工作要求，需要确定的电机参数如下：额定转矩、额定转速、最高转速。
1）额定转矩
电动机的额定转矩必须满足发动机顺利启动的要求。在整个工作过程中，发动机的最大转矩出现在启动阶段。就转子发动机而言，启动过程的最大阻力矩约为正常点火工作后输出转矩的3倍。最大阻力矩与发动机燃料种类、发动机润滑油、发动机排量、发动机压缩比密切相关。根据前一部分的理论计算，可得发动机的平均阻力矩约为60 mN·m。所以，电动机的转矩应大于该值，一般留有余量，乘以一个系数，即
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式中，TM_e为电动机的额定转矩；TE为发动机阻力矩。经查阅资料，此处系数宜选为α=1.5。
2）额定转速和最高转速
根据电动机的机械特性，其运转范围可分为恒转矩区和恒功率区，如图8.14所示。图8.14中TM_e为电动机的额定转矩，pM_e为电动机的额定功率，nM_e为电动机的额定转速，nM_max为电动机的最高转速。
图8.14 电机的机械特性曲线
在电动机达到额定转速前的范围，电动机可以输出恒定的转矩值，满足转子发动机启动过程的需要。在发动机点火成功后，发动机会根据此时负载转矩的不同，使得转速上升到某一个特定值，此处发动机转速设计为12 000r/min。而电动机转速达到最大转速附近时，发热问题十分严重，无法连续运行较长的时间，对寿命也有很大的影响。因此，为保证系统长时间稳定运转，电动机的额定转速应大于发动机最低启动转速，电动机的最大转速应远大于发动机的输出转速，即
根据以上参数的要求，结合市场上现有的电动机，经过调研，最终确定电动机型号为唯川电机EC2453，具体参数如表8.3所示。
表8.3 电动机参数
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