【干貨】新能源汽車驅動電機深度分析（下）

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　　3、永磁無刷電動機在新能源汽車中的應用

　　隨著近些年來電力電子技術、微電子技術、微型計算機技術、稀土永磁材料、傳感器技術與電機控制理論的快速發(fā)展，使得交流驅動技術逐漸成熟。

　　相比于現有串勵或者并勵有刷直流電機驅動系統(tǒng)，永磁無刷電機擁有功率密度大、體積小、效率高、結構簡單牢固、易于維護等優(yōu)點，且采用永磁無刷電機作為驅動元件的電動汽車驅動系統(tǒng)運行和維護成本較低；采用全數字化和模塊化結構設計，使得驅動器接口靈活，控制能力更強，操作更加舒適；應用能量回饋制動技術，可以減少剎車片的磨損，同時又增加汽車續(xù)駛里程。

　　因此，基于電動汽車市場發(fā)展需要和技術現狀，設計開發(fā)可靠、低成本、性能優(yōu)良的全數字化電動汽車永磁無刷電機驅動系統(tǒng)，對于電動汽車產業(yè)的發(fā)展有著重要的現實意義。

　　(1)永磁同步電動機簡介

　　在電機內建立進行機電能量轉換所必需的氣隙磁場有兩種方法。一種是在電機繞組內通電流產生磁場，這種方法既需要有專門的繞組和相應的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動，例如普通的直流電機和同步電機。另一種是由永磁體來產生磁場，這種方法既可簡化電機結構，又可節(jié)約能量。由永磁體產生磁場的電機就是永磁電機。

　　它利用永磁體建立勵磁磁場的同步電動機，其定子產生旋轉磁場，轉子用永磁材料制成。同步發(fā)電機為了實現能量的轉換，需要有一個直流磁場而產生這個磁場的直流電流，稱為發(fā)電機的勵磁電流。根據勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發(fā)電機，稱為他勵發(fā)電機，從發(fā)電機本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發(fā)電機。

　　(2)永磁同步電動機的特點

　　永磁同步電動機有以下優(yōu)點：功率因數大，效率高，功率密度大；結構簡單、便于維護，使用壽命較長、可靠性高；調速性能好，精度高；具有良好的瞬時特性，轉動慣量低，響應速度快；頻率高，輸出轉矩大，極限轉速和制動性能優(yōu)于其他類型的電機；采用電子功率器件作為換向裝置，驅動靈活，可控性強；形狀和尺寸靈活多樣，便于進行外形設計；采用稀土永磁材料后電機的體積小、質量輕。

　　但是永磁同步電動機也有以下缺點：電機造價較高；在恒功率模式下，操縱較為復雜，控制系統(tǒng)成本較高；弱磁能力差，調速范圍有限；功率范圍較小，受磁材料工藝的影響和限制，最大功率僅為幾十千瓦；低速時額定電流較大，損耗大，效率較低；永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發(fā)生過載。永磁材料磁場不可變，要想增大電機的功率，其體積會很大；抗腐蝕性差；不易裝配。

　　(3)永磁電機作為驅動電機的優(yōu)越性

　?、俎D矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機氣隙磁密度可大大提高，電機指標可實現最佳設計，使得電機體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機體積、重量、所用材料可以減輕30%左右。永磁驅動電機起動轉矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉矩，滿足汽車的運行需求。

　?、诹δ苤笜撕?。Y系列電機在60%的負荷下工作時,效率下降15%,功率因數下降30%，力能指標下降40%。而永磁電機的效率和功率因數下降甚微,當電機只有20%負荷時,其力能指標仍為滿負荷的80%以上。同時永磁無刷同步電機的恒轉矩區(qū)比較長,一直延伸到電機最高轉速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。

　?、鄹咝Ч?jié)能。在轉子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時轉子與定子磁場同步運行,轉子繞組無感生電流,不存在轉子電阻和磁滯損耗,提高了電機效率。永磁電機不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數。如在25%-120%額定負載范圍內永磁同步電機均可保持較高的效率和功率因素。

　　④結構簡單、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結構上大大簡化，改善了電機的工藝性,而且電機運行的機械可靠性大為增強,壽命增加。轉子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機溫升低,這樣也可以使整車冷卻系統(tǒng)的負荷降低,進一步提高整車運行的效率。

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