浅析新能源汽车永磁同步驱动电机构造及控制系统

由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机被称为永磁同步电机。永磁体作为转子部分来产生旋转磁场，而三相定子绕组在旋转磁场的作用下通过电枢反应，感应来产生三相对称电流。将转子的机械能（动能）转化为电能，永磁同步电机被当做发电机（G）来使用；由于三相定子在空间位置上相差120，当在定子侧输入三相对称电流时，三相定子电流会在空间中产生旋转的磁场，转子在旋转的磁场中受到了电磁力作用产生运动，此时电能被转化为动能，永磁同步电机可作电动机（M）使用。

 

常见四种电机性能对比表

 

一般将定子、转子、端盖以及各传感器等部件进行分装，形成永磁同步电机。永磁同步电机的定子结构与一般普通的感应电机的结构极为相似，但永磁同步电机的转子部分与其它电机有着极为明显的差异——在转子上有质量较为优良的永磁体磁极。根据永磁体在转子上的安放位置的不同，永磁同步电机一般分为三大类：面贴式、内嵌式和插入式。

 

定子：定子主要由铁心、线圈组成；定子铁心由冲片叠压而成；漆包线绕制成线圈，嵌入铁心槽内，再进行绝缘处理；将绝缘处理后的铁心套入机壳得到定子。

转子：转子由铁心、磁钢、轴压装而成。

 

永磁同步电机构造

 

磁钢（NdFeB）：电机磁通由磁钢提供，对电机性能影响最大；钕铁硼磁体由粉末冶金法制成，是目前磁性能最高的磁性材料；优点是高抗退磁性、高性价比，其缺点是温度依赖性比较强，耐腐蚀性能比较弱，需适当涂层或电镀处理。

机座：由于电机功率大、体积小，因此发热量大，为便于散热，机座内含冷却水道。常见水道形式如下：

 

（1）轴向水道（Z字型）

冷却水道拐弯处180度的方向很容易造成较大的能量损失，需要提供较大的入口水压。

 

（2）周向水道（螺旋管型）

为了使得电机的进出口端温度产生温度梯度，形成温度差，一般会将冷却水的进水口和出水口设计在电机的左右两端。

 

机座冷却水道形式

 

冲片：汽车电机的转速范围宽，由于定子铁芯中磁通的变化率与电机的转速成正比，铁芯中磁场交变频率较高，而单位损耗与频率的1.3~1.5次方成比例。由于需保持高功率密度，铁芯中的磁通密度相同，电机高速电机的单位铁耗将剧増。为降低铁耗需采用低损耗的铁芯材料。

 

电机控制系统

电机驱动系统的主要特点及其功能介绍:

（1）作为电动汽车的三大核心部件之一，电机驱动系统是车辆行驶的主要执行机构，对车辆的主要性能指标起决定性作用，，电机驱动系统直接影响车辆的舒适性、动力性和经济性。

（2）采用三相交流永磁电动机(DM)、电机控制器(MCU)可调整输出电流和电动机转速，电机和电机控制器采用水冷方式防止温度过高。

（3）整车控制器（VCU）要能够根据驾驶员的意图来发出各种操作指令，电机控制器完成响应并进行反馈，以便于实时调整驱动电机输出，实现整车的各项驱动功能。

 

电机控制器（MCU）主要功能如下：

1）怠速行驶（蠕行）

2）控制电机正转（前进）

3）控制电机反转（倒车）

4）能量回收（交流转换直流）

 

对驱动电机系统实时进行状态和故障检测并进行通信和保护以及故障反馈，是电机控制器的另一重要功能。