隨著近些年來電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)、稀土永磁材料、傳感器技術(shù)與電機控制理論的快速發(fā)展，使得交流驅(qū)動技術(shù)逐漸成熟。相比于現(xiàn)有串勵或者并勵有刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，永磁無刷電機擁有功率密度大、體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單牢固、易于維護等優(yōu)點，且采用永磁無刷電機作為驅(qū)動元件的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)運行和維護成本較低 ;采用全數(shù)字化和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得驅(qū)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(shù)，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(shù)現(xiàn)狀，設(shè)計開發(fā)可靠、低成本、性能優(yōu)良的全數(shù)字化電動汽車永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)，對于電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

    (1)永磁同步電動機簡介

    在電機內(nèi)建立進行機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場有兩種方法。一種是在電機繞組內(nèi)通電流產(chǎn)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(chǎn)生磁場，這種方法既可簡化電機結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。由永磁體產(chǎn)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成。同步發(fā)電機為了實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個直流磁場而產(chǎn)生這個磁場的直流電流，稱為發(fā)電機的勵磁電流。根據(jù)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(shù)大，效率高，功率密度大;結(jié)構(gòu)簡單、便于維護，使用壽命較長、可靠性高;調(diào)速性能好，精度高;具有良好的瞬時特性，轉(zhuǎn)動慣量低， 響應速度快;頻率高，輸出轉(zhuǎn)矩大，極限轉(zhuǎn)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(qū)動靈活，可控性強;形狀和尺寸靈活多樣，便于進行外形設(shè)計;采用稀土永磁材料后電機的體積小、質(zhì)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(diào)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(xiàn)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(qū)動電機的優(yōu)越性

    ①轉(zhuǎn)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(xiàn)最佳設(shè)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(qū)動電機起動轉(zhuǎn)矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉(zhuǎn)矩，滿足汽車的運行需求。

    ②力能指標好。Y系列電機在60%的負荷下工作時,效率下降15% ,功率因數(shù)下降 30%，力能指標下降 40%。而永磁電機的效率和功率因數(shù)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(zhuǎn)矩區(qū)比較長,一直延伸到電機最高轉(zhuǎn)速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。

    ③高效節(jié)能。在轉(zhuǎn)子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運行,轉(zhuǎn)子繞組無感生電流,不存在轉(zhuǎn)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(shù)。如在25%-120%額定負載范圍內(nèi)永磁同步電機均可保持較高的效率和功率因素。

    ④結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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。

    (4)永磁同步電機的控制系統(tǒng)

    永磁電機的控制技術(shù)與感應電機類似，控制策略上主要集中在提高低速轉(zhuǎn)矩特性和高速恒功率特性上。目前，永磁同步電機低速時常采用矢量控制，包括氣隙磁場定向、轉(zhuǎn)子磁鏈定向、定子磁鏈定向等;而在高速運行時，永磁同步電機通常采用弱磁控制。

    (5)永磁電機應用現(xiàn)狀

    稀土永磁電機的設(shè)計理論、計算方法、檢測技術(shù)和制造工藝正不斷地完善和發(fā)展,永磁材料的性能和可靠性正不斷地提高。電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的快速發(fā)展也對永磁驅(qū)動電機的發(fā)展起到了積極的促進作用。隨著未來混合動力汽車和純電動汽車的快速發(fā)展,永磁驅(qū)動電機將迎來一個更為快速發(fā)展的時期,其發(fā)展趨勢也將呈現(xiàn)以下特點:高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度、高可控性、高效率、高性能、高價格比等,以滿足混合動力汽車和純電動汽車的實際需求。

                                                                                                                                       來源：亞洲電機網(wǎng)