Equipmen t Manufacturing Technology No.01，2019
０前言
现阶段，交流异步电动机主要应用于以特斯拉为首的美国汽车公司和一些欧洲公司。一方面，这与特斯拉最初的技术路线选择有关。交流感应电动机价格便宜，体积大，不妨碍美国汽车。另一方面，美国高速公路网的发展，以及交流电机的高速效率性能好。在中国、日本等国家利用最普遍的新能源汽车电机依旧是永磁同步电机。符合国内道路条件是关键要素，永磁同步电机在不断启停、加减速环节里可以维持高效率，是高速公路网有限工况下的有效选择。此外，中国稀土储量丰富，日本稀土永磁产业的支撑基地也是一个重要因素。目前，永磁同步电机占中国新能源汽车使用量的90%以上。新能源汽车电机技术要求很高，永磁同步电机的作用最大。驱动电机是新能源汽车的3大关键装置之一。相比较于传统工业电机，新能源汽车驱动电机拥有更大的性能指标。从整体技术来看，永磁同步电机拥有极佳的地位，可以标志新能源汽车驱动电机的成长指标。因为中国稀土储量很富饶，电机技术达到世界高级水平，预计永磁电机会长时间占领中国新能源汽车的电机市场。１新能源汽车
新能源汽车是指利用专门的汽车燃料充当动力源，利用汽车动力控制和驱动技术，做成发达技术与先进结构的汽车。
新能源汽车有纯电动、大范围电动、混合动力、燃料电池电动、氢动力等新能源汽车。在混合动力汽车里，
电动机是发动机驱动的辅助动力，但应该规范电池组的质量与整车的性能，进而降低混合动力汽车的总体性能。因此，通用发电机只有在HEV发动机启动、车辆启动、加速或者爬升时才可以运转。发电机是发动机的飞轮，功能是调控发动机输出功率。发电机也起着发电的功能，将发动机的动能转变成电能保存在电池组之中。HEV下坡或者制动的时候，汽车的惯性动能转变成电能保存在电池组中。所以，混合动力汽车具有电动机的辅助功能，可以使混合动力汽车满足节能和“超低污染”的要求。电动机类别很多，利用范围大，功率范围很高。然而，混合动力汽车使用的电机类型较少，功率范围也较小。目前主要使用的是交流电机、永磁电机和开关磁阻电机，无论是电机本身还是控制装置，成本都比较高。然而，随着电子计算机控制和电机机电一体化的加速发展，许多新技术正逐步应用于混合动力汽车（HEV）的电机。一旦大规模生产形成，电机甚至整车的成本都会大大降低。
新能源汽车中永磁同步电机技术的应用研究
霍本杰，韦思如
（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）
摘要：作为新能源汽车电机电控系统的替代，传统发动机功能直接决定了电动汽车爬坡、加速、最高速度等关键的性能指标。电机电子控制系统的技术与制造水平直接影响整车的性能和成本。随着我国对环境保护的重视，新能源汽车产业具有广阔的发展前景，这将为新能源汽车三大主要零部件的电机电子控
制带来发展空间。在新能源汽车生产和销售的快速增长下，我国新能源汽车电机电控安装市场也呈现出快速增长的趋势。目前，新能源汽车使用的电动机有永磁同步电动机、交流异步电动机等。从电机类型市场结构来看，以永磁同步电机为主，２０１７年，新能源汽车领域永磁同步电机装机容量约达到７万台，占比超过８０％。本文旨在探讨新能源汽车中永磁同步电机技术的应用。
关键词：新能源汽车；永磁同步电机；应用
中图分类号：Ｕ４６９．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１９）０１－０１６６－０３
收稿日期：2018-10-01
作者简介：霍本杰（1988－），男，广西梧州人，学士，助理工程师，研究方向：永磁同步电机设计和整车匹配开发；韦思如（1992－），女，广西象州人，学士，助理工程师，研究方向：永磁同步电机设计和整车匹配开发。
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《装备制造技术》2019年第01期
新能源汽车的主流电机有直流、异步与永磁同步电机。永磁同步电机拥有调速范围广、功率密度大、工艺简单、体积小、运行可靠耐用等特点，已成为主流。在电动汽车发展的早期，直流电机作为驱动电机得到了广泛的应用。然而，因为结构繁琐，瞬时过载性能与电机转速有限制。长时间运转会引发损失，增加维护成本。此外，电刷在电机运转流程中出现的火花会让转子发热，会造成高频电磁制约，影响汽车其他电器的性能。因此，目前电动汽车行业已经基本淘汰了直流电机。尽管异步电动机费用小，管理便捷，然而效率很小，调速性能差。使用的模型很少，但也有一些主流模型。从目前来看，这种类型的电机不会成为一种趋势。永磁同步电机的结构和直流电机类似，无刷直流电机拥有结构单一、运转稳定、功率密度大、调速性能高等特征。并且，因为永磁同步电机利用与直流电机不一致的驱动模式，因此永磁同步电机在噪声和控制方面具有优势[1]。
２永磁同步电机
永磁同步电机是经过永磁励磁出现同步旋转磁场的同步电机。永磁起转子的功能，出现旋转磁场。三相定子绕组在旋转磁场作用下经过电枢反应，引发三相对称电流。而且，转子的动能转变成电能，永磁同步电机充当发电机。除此之外，定子侧接三相对称电流的时候，因为三相定子在空间位置相差120，因此三相定子电流在空间中出现旋转磁场，转子的旋转磁场经受电磁力的制约。这时电能转变成动能，永磁同步电动机充当电动机。
２．１永磁同步电机优点
（1）高效率：由于其励磁磁场（转子磁场）是由磁铁提供的，所以部分励磁磁场所需的电能被省略。
（2）调速范围大：由于他是永磁体作为励磁磁场，调节电流和频率可以在很大范围内调节电机的功率和转速。
（3）体积小，重量轻（因为结构简单，体积与重量都较小）。
（4）发热小，密封性强，免维护。
２．２永磁同步电机工作原理
定子通交流电后出现旋转磁场，旋转磁场吸引转子磁场，转子磁场就是转子跟随定子磁场的旋转。汽车使用的电机大部分是永磁同步电机，大部分是内嵌式同步电机，其主要原因是内嵌式同步电机充分利用了磁阻转矩。磁阻转矩对电机系统的影响是相同的电机电磁场制度下，相同的扭矩可以减少释放电流，这有利于提高发动机的效率在低速和高扭矩，并减少控制器的主要组件，为降低成本创造了条件。在相同的控制器硬件条件下，高磁阻转矩电机比低磁阻转矩电机具有更高的带速，这有利于提高电机高速小转矩的工作效率，改善电磁噪声，提高电机系统的转速范围，下图1是永磁同步电机构成图。
图１永磁同步电机构成图
３新能源汽车永磁同步电机的控制
新能源汽车永磁同步电机的控制比较繁琐，有矢量控制（磁场方向控制）、直接转矩以及恒压频比开环等多种控制模式[2]。
３．１矢量控制
矢量控制的原理是以转子磁链旋转空间矢量作为参考指标，将定子电流分解成为2个互相正交的分量：一个与磁链方向类似，展示定子电流激励分量，另一个与磁链方向为正。交点阐释定子电流转矩分量，独自把控。永磁同步电机转速与工频严格同步，转差率一直是零，控制能力受转子参数制约很低，矢量控制在永磁同步电机上更容易达到。因为把控结构不复杂，控制软件容易达到，在调速网络里有普遍的利用空间。
３．２直接转矩控制
直接转矩控制在矢量控制中不需要旋转坐标变换和转子磁链，转矩把电流替换成被控对象。电压矢量是控制网络里独立的输入。电压矢量直接控制转矩于磁链的提高或者降低。控制构成不复杂，受电机参数变化的影响，可实现优良的动态性能。由于直接转矩控制需要结合电动汽车运行过程中复杂的工况，直接转矩控制难以应用于电动汽车驱动控制系统。
冷却水套
凌凯汽车技术
动力接头
（带编码突起）轴承盖
转子，带有永久磁铁
带有电磁线圈的定子
分离离合器KO
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Equipmen t Manufacturing Technology No.01，2019
电动汽车电机ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ＭｏｔｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＮｅｗＥｎｅｒｇｙＶｅｈｉｃｌｅ
HUO Ben-jie ，WEI Si-ru
（Liuzhou Wuling Liuji Power Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：As an alternative to the electric control system of new energy vehicles ，the traditional engine functions
directly determine the key performance indicators of electric vehicles ，such as climbing ，acceleration and maxi －mum speed.The technology and manufacturing level of motor electronic control system directly affect the perfor －mance and cost of the vehicle.With China ’s attention to environmental protection ，the new energy automobile in －dustry has broad prospects for development ，which will bring space for the development of electromechanical con －trol of the three major components of the new energy automobile.With the rapid growth of production and sales of new energy automobiles ，the electric control installation market of new energy automobiles in China is also show －ing a rapid growth trend.At present ，permanent magnet synchronous motor and AC asynchronous motor are used in new energy vehicles.According to the market structure of motor types ，permanent magnet synchronous motors are the main type.In 2017，the installed capacity of permanent magnet synchronous motors in the field of new en －ergy vehicles will reach 70，000units ，accounting for more than 80%.The purpose of this paper is to discuss the application of permanent magnet synchronous motor （PMSM ）technology in new energy vehicles.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：new en
ergy vehicle ；permanent magnet synchronous motor ；application
３．３恒压频比开环控制
恒压比开环控制的控制损耗是电机的外部损耗，便是电压与频率。控制网络把参考电压与频率输入达到控制策略的调节器。再次，逆变器出现一个交变正弦电压，作用于电机的定子绕组，使它在预定的电压于频率下运转。
恒压频比开环控制策略简单易行，速度由工频控制。但恒压频比开环控制策略没有引入转速、位置等反馈信号，难以及时捕捉电机情况，难以精确把控电磁转矩。当一个负载突然被加载或加速时，极易产生失步。除此之外，它缺乏快速的动态回应特征，控制水平略低。一般仅仅应用于有调速技术需求的常用变频器。
３．４驱动电机的主要性能控制
（1）全功率输出的最小工作电压：额定电压不重要，应该注意车辆的电机都是交流，但数据通常由制造商是直流数据需要转换成一个交流值，并把直流电源转换为交流电源。当通过控制器时，这个步骤需要一部分电压。
（2）最大工作相电流：主机工厂提供的数据不能使用，控制器的IGBT 能力需要结合。
（3）峰值扭矩：对于商用车客户来说，有可能阻塞扭矩值。
（4）峰值功率：应该清楚峰值功率是什么速度。
（5）额定功率/扭矩：长期运行的工作点称为额定
功率，而对于OEM 来说，合理的额定功率应该是连续的扭矩和功率。例如，电动机高速运行时的功率可视为额定功率。考虑缝制速度下的额定功率。
（6）最大工作速度：最高工作速度包括最高工作速度下的功率、最高速度下的反电势、最高速度下的机械应力（高速下是否稳定）。
（7）NVH ：齿槽扭矩低，反电动势谱为负。（8）效率：这里需要注意的数据是电机最常用的效率，也需要注意高效率区域，以适当匹配客户的需求。
４结束语
本文分析了目前新能源汽车中电机的现状，对
永磁同步电机在新能源汽车中的应用原理以及应用指标展开了分析，最后指出新能源汽车永磁同步电机的应用控制，一起促进新能源汽车的更好性能。
参考文献：
[1]王瑞男，闫荣妮.新能源汽车驱动永磁同步电机的设计[J].科学咨询，2018（27）：20-21.
[2]郭仲奇，罗德荣，曾智波，等.一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法[J].电力电子技术，2011（3）：44-47.
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