电动汽车的翅膀:永磁同步电机

作者:徐 东 郭建文 徐健寅 文章来源:上海大郡动力控制技术有限公司 发布时间:2011-06-16
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大郡控制团队自主开发的永磁—磁阻同步电机技术具有永磁电机和磁阻电机的组合优势。这代表了电动汽车用驱动电机发展方向,如丰田、本田、通用、福特等一流国际汽车制造企业都采用了这种技术。

电动汽车整体的运行性能、经济性首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动汽车的电机驱动系统一般由4个主要部分组成:控制器、DC/DC、电机及传感器。目前电动汽车中使用的电机一般有直流电机、感应电机、开关磁阻电机以及永磁同步电机等。表中展示了这4种电动汽车驱动电机基本性能。通过系统地分析和比较后发现永磁同步电机和开关磁阻电机综合性能超过其他电机。尤其是永磁同步电机,从各项指标看,都是当前电动汽车的最佳选择。

永磁同步电机的基本性能与控制方法

永磁同步电机的最大特点就是具有直流电机的特性而没有换向器和电刷组成的机械接触结构。加之它采用永磁体转子,没有励磁损耗;发热的电枢绕组又装在外面的定子上,散热容易。因此,永磁同步电机没有换向火花,没有无线电干扰,寿命长、运行可靠、维修简便。此外,它的转速不受机械换向的限制,如果采用空气轴承或磁悬浮轴承,可以实现每分钟几十万转的运行。永磁同步电机与其他电机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率,在电动汽车中有着很好的应用前景。

典型的永磁同步电机控制系统是一种准解耦矢量控制系统,由于永磁体只能产生固定幅值磁场,因而永磁同步电机系统非常适合于运行在恒转矩区域。一般采用电流滞环控制或电流反馈型法来完成。为进一步扩充转速,永磁同步电机也可以采用弱磁控制。弱磁控制的实质是使相电流和相位角超前,提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。

当然,永磁同步电机不可避免也有其本身的一些局限性。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时,其导磁性能可能会下降或发生退磁现象,将降低永磁电机的性能,严重时还会损坏电机,在使用中必须严格控制,使其不发生过载。永磁同步电机在恒功率模式下,操纵复杂,需要一套复杂的控制系统,从而使得永磁同步电机的驱动系统造价相对较高。

永磁-磁阻同步电机

由大郡控制团队自主开发的永磁-磁阻同步电机具有永磁电机和磁阻电机的组合优势:通过设计不同的直轴电感Ld和交轴电感Lq,在永磁同步电机的基础上增加了磁阻转矩,有助于提高电机的过载能力和功率密度,易于弱磁调速,扩大恒功率范围。同时,公司的永磁-磁阻同步电机采用高磁感低铁损的电磁钢板。这代表了电动汽车用驱动电机发展方向。公司的永磁-磁阻同步电机能量密度高、封装尺寸小巧、用材料省。同常用的感应电机相比,它具有效率高、节电的特性(系统效率可达95%)。与传统的永磁电机相比,它具有调速范围宽,对逆变器功率要求较低等优势。此外,永磁-磁阻电机采用中国产量丰富的高性能稀土永磁材料,加上较低的制造成本,因此,在国际竞争中占有明显的成本优势。

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