CN107623421A - 一种基于多运行工况的车用驱动电机的优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机设计领域中一种基于多运行工况的车用驱动电机的优化设计方法，将典型运行工况下的电机转速范围由低到高划分为2个连续的低速区域、2个连续的中速转速区域和1个高速转速区域，在每个转速区域中选择一个转速值作为代表性值代表相应的运行工况，对启动、低速重载爬坡、加减速、持续运行、高速巡航多个运行工况分析，计算车辆在各个运行工况的运行时间占典型运行工况的总运行时间的比值，将比值作为权重确定最终的定子内径与轴长，用电机转速值评价整个工况下车用驱动电机的性能及优化设计的合理性，不仅考虑了额定运行工况下的转矩，也考虑了不同运行工况下的转矩与功率，提高了电机优化设计的效率。

Description

一种基于多运行工况的车用驱动电机的优化设计方法

技术领域

本发明属于电机设计领域，尤其是考虑到车辆的多运行工况的电动汽车用驱动系统的电机优化设计。

背景技术

永磁电机已作为电动汽车的驱动电机，是电动汽车的主要组成部分。目前，对于电动汽车用永磁电机的设计，主要集中在基于汽车单一运行工况下电机的优化设计与基本电磁性能分析。

中国专利申请号为201210022368.9的文献中提出了一种混合励磁永磁电机，该种电机在只使用永磁磁钢作为单一励磁源的基础上，加入直流励磁绕组来形成混合励磁电机。该电机低速运行时在直流励磁绕组通入增磁电流产生增磁磁场，进而与永磁磁钢产生的永磁磁场相互作用产生低速重载爬坡所需的大转矩。高速运行时通过输入弱磁电流产生的弱磁磁场来抵消永磁磁场，从而拓宽电机的调速范围。但由于该电机中励磁绕组的使用，使该电机的铜耗增加且运行效率降低。中国专利申请号为201610826264.1的文献中提出了一种混合永磁记忆电机，将钕铁硼永磁磁钢和具有在线调磁特性的铝镍钻永磁磁钢作为电机的主励磁源，通过控制短时磁化绕组电流的大小和方向来在线调节铝镍钻永磁磁钢的工作点和磁化强度。低速运行时铝镍钻永磁磁钢处于增磁状态，其与钕铁硼永磁磁钢产生的磁场进行叠加从而产生所需的大转矩，高速运行时铝镍钻永磁磁钢处于弱磁状态，使得电机具有较宽的调速范围。同时，由于施加磁化电流的时间较短，使得电机的铜耗降低，从而运行效率得到了提高。但是由于铝镍钻的磁能积本身较低，使得该电机的功率密度和转矩密度有所降低。中国专利申请号为201420614344.7的文献中提出了一种低转矩波动永磁电机，通过对永磁磁极结构的优化以及在定子铁心槽内增设辅助齿的方式，降低电机的转矩和力矩波动，提高电机效率，使电机综合品质大幅度提高，但将该电机应用于电动汽车用驱动系统时，实际运行工况会因负载的变化而时刻变化，一旦运行工况改变，这种基于单一工况下优化设计的电机其运行性能很难满足车用驱动电机多个运行工况的需求。可见，目前的车用驱动电机都是针对单一运行工况设计方面的局部改进来满足部分性能需求，并没有真正从电动汽车实际运行工况要求来考虑，也难以完全满足不同运行工况下高功率密度、高效率、宽调速运行范围的需求。因此，如何设计与优化电机使其满足多种运行工况的高效运行成为了当前电机优化设计领域中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统电机优化设计方法仅局限于单一工作点，而无法满足车用驱动电机负载变化所需的多工况要求而提出一种基于多工况的车用驱动电机的优化设计方法，对电机的多个运行点进行综合权衡优化设计，达到驱动电机多工况运行要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是包含以下步骤：

(A)将典型运行工况下的电机转速范围由低到高划分为2个连续的低速区域、2个连续的中速转速区域和1个高速转速区域，在每个转速区域中选择一个转速值作为代表性值代表相应的运行工况，分别是从低至高的x₁、x₂、x₃、x₄、x₅这5个转速值，分别代表车辆在启动状态、低速重载爬坡状态、加减速状态、持续运行状态、高速巡航状态这5个运行工况；

(B)计算车辆在各个运行工况的运行时间t_g占典型运行工况的总运行时间T的比值0＜g≤5；

(C)根据5个运行工况的电机尺寸方程，计算得到D_s ²(x₁)L(x₁)、D_s ²(x₂)L(x₂)、D_s ²(x₃)L(x₃)、D_s ²(x₄)L(x₄)、D_s ²(x₅)L(x₅)；其中D_s(x₁)、D_s(x₂)、D_s(x₃)、D_s(x₄)、D_s(x₅)分别是转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的定子内径，L(x₁)、L(x₂)、L(x₃)、L(x₄)、L(x₅)分别是转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的电机轴长；

(D)根据公式

D_sz ²L_z＝λ₁D_s ²(x₁)L(x₁)+λ₂D_s ²(x₂)L(x₂)+λ₃D_s ²(x₃)L(x₃)+λ₄D_s ²(x₄)L(x₄)+λ₅D_s ²(x₅)L(x₅)计算出D_sz ²L_z，再结合式得到最优电机轴长L_z与定子内径D_sz。

进一步地，步骤(D)中，分别取L_z/D_sz＝0.5、L_z/D_sz＝0.6、L_z/D_sz＝0.7、L_z/D_sz＝0.8这四个比值，得到对应的4组定子内径与轴长分别是：D_sz1与L_z1、D_sz2与L_z2、D_sz3与L_z3、D_sz4与L_z4，将这4组定子内径与轴长分别输入仿真软件中得到最优定子电机轴长L_z与定子内径D_sz。

本发明采用上述技术方案后具有以下有益效果：

1、本发明针对传统优化设计电机的局限性，根据车辆典型工况得出基于多运行工况下电机的转速，并对启动、低速重载爬坡、加减速、持续运行、高速巡航多个运行工况分析，对电机进行优化设计，克服了以往传统设计中只满足额定点(单一运行点)性能的缺点。

2、为了提高整体设计效率，本发明将整个工况划分区域并从中选择具有代表性的电机转速值代表相应的运行工况，不仅减少了整体的计算量，且有利于用该电机转速值评价整个工况下车用驱动电机的性能及优化设计的合理性。

3、传统的永磁电机功率方程表达了在额定运行工况下电机的额定功率与输入电枢绕组的电负荷及电机的绕组系数、极弧系数和气隙磁密等参量的关系，而本发明为满足多个运行工况性能要求，在传统方程的基础上根据低速大转矩、中高速高功率的要求得出适用于车用驱动电机的尺寸方程，不仅考虑了额定运行工况下的转矩，也考虑了不同运行工况下的转矩与功率，从而提高了电机优化设计的效率。

4、本发明在确定不同运行工况的定子内径与轴长后，并不是简单的从中选择了一个参数，而是基于权值计算法的原理，根据每个运行工况运行时间占据总运行工况运行时间的不同比例作为权重确定最终的定子内径与轴长，具有操作简单且结合多学科来优化设计电机的优点。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是实施例中的内置式永磁电机的结构图；

图3是图2中内置式永磁电机基于运行工况的电机转速曲线图；

图4是图2中内置式永磁电机转速划分的区域与选择的电机转速代表值示意图；

图5是图2中内置式永磁电机转速与车辆所需性能数据计算所得的转矩图；

图6是采用本发明方法设计的内置式永磁电机的输出转矩与基于额定单一工况设计的电机的输出转矩的对比图；

图中：1.定子；2.转子；3.永磁体；4.转轴。

具体实施方式

参见图1，首先，依据车辆中的齿轮传速比、车辆轮胎半径与车辆典型运行工况的速度范围0～Vkm/h，采用常规方法能得出典型运行工况下的电机转速范围0～n_k rpm，其中，μ是车辆中的齿轮传速比，即车辆速度和电机转速的速比，r是车辆轮胎半径。在电机转速范围0～n_krpm内，典型运行工况总运行时间为0～Ts。

对电机转速范围0～n_krpm划分区域，将转速范围0～n_krpm由低到高划分为5个连续的转速区域，分别是低速0～n_k1rpm、n_k1～n_k2rpm、中速n_k2～n_k3rpm、n_k3～n_k4rpm、高速n_k4～n_krpm，即低速有2个连续的转速区域，中速也有2个连续的转速区域，高速有1个转速区域。

在每个转速区域中选择一个转速值作为代表性值。具体是从低速0～n_k1rpm中选择转速值x₁作为代表值，从低速n_k1～n_k2rpm中选择转速值x₂作为代表值，从中速n_k2～n_k3rpm中选择转速值x₃作为代表值，从中速n_k3～n_k4rpm中选择转速值x₄作为代表值，从高速n_k4～n_krpm中选择转速值x₅作为代表值，得到了x₁、x₂、x₃、x₄、x₅这5个转速值。即这些转速值满足x₁∈(0～n_k1rpm),x₂∈(n_k1～n_k2rpm),x₃∈(n_k2～n_k3rpm),x₄∈(n_k3～n_k4rpm),x₅∈(n_k4～n_krpm)。

当电机转速为x₁时，代表此时车辆在启动状态，可以用电机转速值x₁来代表车辆在启动状态。当电机转速为x₂时，此时车辆处于低速重载爬坡状态，用电机转速值x₂来代表车辆在低速重载爬坡状态。当电机转速为x₃时，此时车辆处于加减速状态，用电机转速值x₃来代表车辆在加减速状态。当电机转速为x₄时，此时车辆处于持续运行状态，用电机转速值x₄来代表车辆在持续运行状态。当电机转速为x₅时，此时车辆处于高速巡航状态，用电机转速值x₅来代表车辆在高速巡航状态。也就是说电机转速值x₁、x₂、x₃、x₄、x₅能代表车辆的多运行工况。

车辆在电机低速0～n_k1rpm、n_k1～n_k2rpm、中速n_k2～n_k3rpm、n_k3～n_k4rpm、高速n_k4～n_krpm的区域运行的时间分别对应地为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅。t_g是单个运行工况的运行时间，0＜g≤5，T是典型运行工况的总运行时间。通过公式计算出每个运行工况运行时间t_g占总运行时间T的比例λ_g，那么在电机转速值分别是x₁、x₂、x₃、x₄、x₅的5个运行工况下，每个运行工况运行时间t₁、t₂、t₃、t₄、t₅占总运行工况运行时间T的比例分别对应的是λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅。

然后，推导出适用于多运行工况的尺寸方程。传统电机功率尺寸方程如下式(1)所示，表达了在单一运行工况下电机的所需功率与输入电枢绕组的电负荷及电机的绕组系数、极弧系数和气隙磁密等参量的关系：

其中：D_s是电机的定子内径，L是电机的轴长，η是电机的效率，P_r是所需的输出功率，K_p是与反电势电流波形相关的系数，K_e是绕组的相关系数，K_dp是绕组系数，K_i是电流系数，α_i是计算极弧系数，A是电负荷，B_δ是气隙磁密，n是电机转速。

本发明考虑的是多个运行工况下的车用驱动电机的性能，为此，在传统功率尺寸方程的基础上做出改进。根据车用驱动电机的性能需求，由于当电机转速值为x₁、x₂时分别表示车辆在启动状态、低速重载爬坡状态工况，在这两种工况时需要电机有较大转矩，因此将下式(2)的功率转矩关系式带入传统功率尺寸方程(1)中，得出适用于电机转速值为x₁的运行工况尺寸方程(3)与适用于电机转速值为x₂的运行工况尺寸方程(4)：

其中：P_r是所需的输出功率，T_r是所需转矩，n是电机转速，D_s(x₁)、D_s(x₂)分别是电机转速值为x₁、x₂运行工况对应的定子内径，L(x₁)、L(x₂)分别是电机转速值为x₁、x₂运行工况对应的电机轴长，η(x₁)、η(x₂)分别是电机转速值为x₁、x₂运行工况对应的效率，K_t是转矩修正系数，K_n是转速修正系数，T_r(x₁)、T_r(x₂)分别是转速为x₁、x₂运行工况所需的转矩，K_p是与反电势电流波形相关系数，K_e是绕组的相关系数，K_dp是绕组系数，K_i是电流系数，α_i为计算极弧系数，A是电负荷，B_δ是气隙磁密。

由于电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况分别是加减速状态、持续运行状态、高速巡航状态，因此，需要电机有较大的输出功率。而基于单一工况下传统功率尺寸方程(1)中的P_r表示所需输出功率，同时电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况虽然是三个运行工况，但就这三个运行工况中的每个独立的工况而言，传统的功率尺寸方程依然适用，为此，将电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况所需的输出功率P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)分别代入传统功率尺寸方程(1)中得出适用于电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况的尺寸方程(5)、(6)、(7)：

其中：D_s(x₃)、D_s(x₄)、D_s(x₅)分别是电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况对应的定子内径，L(x₃)、L(x₄)、L(x₅)分别是电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况对应的轴长，η(x₃)、η(x₄)、η(x₅)分别是电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况对应的效率，P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)分别是电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况所需的输出功率，K_p是与反电势电流波形相关系数，K_e是绕组的相关系数，K_dp是绕组系数，K_i是电流系数，α_i为计算极弧系数，A是电负荷，B_δ是气隙磁密，n是电机转速。

在尺寸方程(3)～(7)中，转速值为x₁、x₂运行工况所需的转矩T_r(x₁)、T_r(x₂)以及转速值为x₃、x₄、x₅运行工况所需的输出功率P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)是将车辆车重、摩擦系数、风阻系数、加速度这些参数与电机转速n输入到仿真软件中即可得出，从而能分别计算出：D_s ²(x₁)L(x₁)、D_s ²(x₂)L(x₂)、D_s ²(x₃)L(x₃)、D_s ²(x₄)L(x₄)、D_s ²(x₅)L(x₅)这5个尺寸参数。

虽然每个工况下具体的尺寸参数：D_s ²(x₁)L(x₁)、D_s ²(x₂)L(x₂)、D_s ²(x₃)L(x₃)、D_s ²(x₄)L(x₄)、D_s ²(x₅)L(x₅)已经得出，但是本发明考虑的是整个运行工况下电机的性能，而且每个工况在整个分析过程中都很重要，因此，本发明采用权值计算方法来得出最终的尺寸参数，将每个运行工况占总运行工况的比例λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅作为权重，计算出最终的尺寸参数D_sz ²L_z：

D_sz ²L_z＝λ₁D_s ²(x₁)L(x₁)+λ₂D_s ²(x₂)L(x₂)+λ₃D_s ²(x₃)L(x₃)+λ₄D_s ²(x₄)L(x₄)+λ₅D_s ²(x₅)L(x₅) (8)

同时，考虑到电机轴长L_z与定子内径D_sz的比值范围一般是：

将公式(9)的比值范围与公式(8)计算得到的D_sz ²L_z相结合，经仿真得到多运行工况下电机的最优电机轴长与定子内径，具体方法是：

针对公式(9)，分别取L_z/D_sz＝0.5、L_z/D_sz＝0.6、L_z/D_sz＝0.7、L_z/D_sz＝0.8这四个比值，将L_z/D_sz＝0.5、L_z/D_sz＝0.6、L_z/D_sz＝0.7、L_z/D_sz＝0.8分别代入公式(8)中，可得到对应的定子内径D_sz1与轴长L_z1、定子内径D_sz2与轴长L_z2、定子内径D_sz3与轴长L_z3、定子内径D_sz4与轴长L_z4这4组定子内径和轴长值。最后，将4组定子内径与轴长值分别输入到Maxwell仿真软件中，仿真多工况运行模式下电机的性能，对比四组定子内径与轴长下启动、低速重载爬坡能否有较大的转矩、能否适应频繁的加减速、能否稳定的持续运行、能否达到高速巡航状态，从中选择出能较好满足电机多工况运行需求的一组参数，此时，最优参数即取该组参数，作为多运行工况的车用驱动电机的定子内径和轴长。

以下提供本发明的一个实施例：

实施例

以图2所示的内置式永磁电机为例，该电机主要包括外部的定子1、内部的转子2、永磁体3嵌在转子2中，转子2同轴套在转轴4外。定转子采用12极/10槽的组合方式，三相绕组采用集中式模块化绕组，有助于拓宽电机的恒功率运行范围。依据车辆中的齿轮传速比μ＝0.25、车辆轮胎半径r＝0.25mm与车辆典型运行工况速度范围0～120km/h，得出基于运行工况下的电机转速范围0～5000rpm，如图3所示。

如图4所示，将基于多运动工况下的电机转速范围划分为5个区域：低速1区域0-500rpm、低速2区域500-1000rpm，中速1区域1000-2000rpm、中速2区域2000-2700rpm，高速区域2700-5000rpm。然后，在划分的低速、中高速区域中分别选择恰当的电机转速值来代表相应的车辆运行状态：x₁＝300rpm代表启动状态、x₂＝545rpm代表低速重载爬坡状态、x₃＝1275rpm代表加减速状态、x₄＝2550rpm代表持续运行状态、x₅＝4380rpm代表高速巡航状态。根据每个运行工况的运行时间，计算出各运行时间占据总运行时间的比例为：λ₁＝0.14，λ₂＝0.12，λ₃＝0.34，λ₄＝0.28，λ₅＝0.12且满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄+λ₅＝1。

计算出车用驱动电机所需的转矩T_i(i＝1,2)和功率P_i(i＝3,4,5)，具体数据见下表1：

表1

如图5所示，车用驱动电机的输出转矩跟随负载的时间变化在变化，而且没有超过最大转矩转速包络线。其次，在传统功率方程的基础上做出改进，根据划分的区域与车用驱动电机的性能要求，在永磁电机传统设计方程的基础上，推导出适用于5个运行工况的尺寸方程：

其中D_s(x₁)、D_s(x₂)、D_s(x₃)、D_s(x₄)、D_s(x₅)分别是电机转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的定子内径，L(x₁)、L(x₂)、L(x₃)、L(x₄)、L(x₅)分别是电机转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的轴长，η(x₁)、η(x₂)、η(x₃)、η(x₄)、η(x₅)分别是电机转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的效率，T_r(x₁)、T_r(x₂)分别是电机转速值为x₁、x₂运行工况所需的输出转矩，K_t是转矩修正系数，K_n是转速修正系数，K_p是与反电势电流波形相关系数，K_e是绕组的相关系数，K_dp是绕组系数，K_i是电流系数，α_i为计算极弧系数，A是电负荷，B_δ是气隙磁密，P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)分别是电机转速值为x₃、x₄、x₅运行工况所需的功率，n为电机转速。

结合以上5个运行工况的尺寸方程与表格1中运行工况下所需的转矩T_i(i＝1,2)和功率P_i(i＝3,4,5)，得出x₁、x₂、x₃、x₄、x₅对应的尺寸参数:D_s ²(x₁)L(x₁)、D_s ²(x₂)L(x₂)、D_s ²(x₃)L(x₃)、D_s ²(x₄)L(x₄)、D_s ²(x₅)L(x₅)，如下表2所示：

表2

由于每个运行点的需求不同，所得出的尺寸方程参数也不同。

然后，采用权值计算方法来得出最终的尺寸参数，根据每个运行工况占总运行工况的比例λ₁，λ₂,λ₃，λ₄,λ₅，最终的尺寸参数D_sz ²L_z如下：

再参照一般常规电机的轴长L_z与定子内径D_sz的比值范围可得到多运行工况下电机的最优电机轴长与定子内径。由于该比值为一个范围，为此将最优比值取不同值，即：

(1)取L_z/D_sz＝0.5时，根据D_sz ²L_z值计算出此时的定子内径D_sz1＝121mm与轴长L_z1＝60.5mm；

(2)取L_z/D_sz＝0.6时，根据D_sz ²L_z值计算出此时的定子内径D_sz2＝114mm与轴长L_z2＝68.4mm；

(3)取L_z/D_sz＝0.7时，根据D_sz ²L_z值计算出此时的定子内径D_sz3＝108mm与轴长L_z3＝75.6mm；

(4)取L_z/D_sz＝0.8时，根据D_sz ²L_z值计算出此时的定子内径D_sz4＝103mm与轴长L_z4＝82.4mm；

得到四个轴长为60.5mm，68.4mm，75.6mm，82.4mm和相对应的四个定子内径为121mm，114mm，108mm，103mm。将4组定子内径与轴长分别输入到Maxwell软件中，仿真多工况运行模式下电机的性能，对比4组定子内径与轴长下启动、低速重载爬坡能否有较大的转矩、能否适应频繁的加减速、能否稳定的持续运行、能否达到高速巡航状态。通过对比基于多工况下的性能得出最优的一组参数：轴长为75.6mm,定子内径为108mm。在得到电机的最优参数之后，分析电机在额定单一点和基于多工况下的电机性能，如图6所示，可以看出，本发明中基于多工况的优化设计方法可以有效地满足因负载变化输出转矩变化的需求，而基于额定单一工况的传统设计方法仅在部分运行工况下可满足需求，因此基于多工况的输出转矩性能验证了本发明方法的有效性和正确性。

Claims (5)

1.一种基于多运行工况的车用驱动电机的优化设计方法，其特征是包括以下步骤：

(A)将典型运行工况下的电机转速范围由低到高划分为2个连续的低速区域、2个连续的中速转速区域和1个高速转速区域，在每个转速区域中选择一个转速值作为代表性值代表相应的运行工况，分别是从低至高的x₁、x₂、x₃、x₄、x₅这5个转速值，分别代表车辆在启动状态、低速重载爬坡状态、加减速状态、持续运行状态、高速巡航状态这5个运行工况；

(B)计算车辆在各个运行工况的运行时间t_g占典型运行工况的总运行时间T的比值0＜g≤5；

(C)根据5个运行工况的电机尺寸方程，计算得到D_s ²(x₁)L(x₁)、D_s ²(x₂)L(x₂)、D_s ²(x₃)L(x₃)、D_s ²(x₄)L(x₄)、D_s ²(x₅)L(x₅)；其中D_s(x₁)、D_s(x₂)、D_s(x₃)、D_s(x₄)、D_s(x₅)分别是转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的定子内径，L(x₁)、L(x₂)、L(x₃)、L(x₄)、L(x₅)分别是转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的电机轴长；

(D)根据公式

D_sz ²L_z＝λ₁D_s ²(x₁)L(x₁)+λ₂D_s ²(x₂)L(x₂)+λ₃D_s ²(x₃)L(x₃)+λ₄D_s ²(x₄)L(x₄)+λ₅D_s ²(x₅)L(x₅)计算出D_sz ²L_z，再结合式得到最优电机轴长L_z与定子内径D_sz。

2.根据权利要求1所述的优化设计方法，其特征是：步骤(D)中，分别取L_z/D_sz＝0.5、L_z/D_sz＝0.6、L_z/D_sz＝0.7、L_z/D_sz＝0.8这四个比值，得到对应的4组定子内径与轴长分别是：D_sz1与L_z1、D_sz2与L_z2、D_sz3与L_z3、D_sz4与L_z4，将这4组定子内径与轴长分别输入仿真软件中得到最优定子电机轴长L_z与定子内径D_sz。

3.根据权利要求1所述的优化设计方法，其特征是：步骤(C)中，在转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况时，电机尺寸方程分别是：

η(x₁)、η(x₂)、η(x₃)、η(x₄)、η(x₅)分别是转速值为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅运行工况对应的效率，T_r(x₁)、T_r(x₂)分别是转速为x₁、x₂运行工况所需的转矩，P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)分别是转速值为x₃、x₄、x₅运行工况所需的输出功率，K_t是转矩修正系数，K_n是转速修正系数，K_p是与反电势电流波形相关系数，K_e是绕组的相关系数，K_dp是绕组系数，K_i是电流系数，α_i为计算极弧系数，A是电负荷，B_δ是气隙磁密，n是电机转速。

4.根据权利要求3所述的优化设计方法，其特征是：转矩T_r(x₁)、T_r(x₂)以输出功率P_r(x₃)、P_r(x₄)、P_r(x₅)是将车辆车重、摩擦系数、风阻系数、加速度与电机转速经仿真得到。

5.根据权利要求1所述的优化设计方法，其特征是：步骤(A)中，典型运行工况下的电机转速范围是0～n_k rpm，V是车速，μ是速比，r是车辆轮胎半径。