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1、直流电动机线圈励磁式永久磁铁励磁式 交流电动机譽嚳感应电动机同步电动机非正弦波驱动"卷式-笼式绕线式一线圈励磁式 _ PM电动机SPM电动机SPM: Suface Permanent Magnet 永久磁铁励磁式（表贴式永磁电动机）J IPM电动机 臨鳩矗駅MagCnl 同步电抗电动机l凸极无励磁式无刷DC电动机（开关磁阻电动机）直流电动机永磁电动机图3_12电动汽车、混合动力汽车用驱动电机种类表3电动机典型特征比较最大效率85 8995 9794 -95<9010%负荷效率/%808779 -8578-8690-92锻大转速/ (r min ")4 00060001
2、5 000以上4 000-10 0009 000-15 000费用/功率/ （美元kW"）106-1010-15控制器成本3.52.5良优牢固性良良良优ft可施性一般电动机类型比较价格便宜，具有结实的转子结构，容易达到高速3 2. 3 PM（永磁）电动机运转，因此从20世纪90年代开始被广泛应用于 乘用车这类电动汽车和大中型混合动力汽车（图 3-13）。作为电动汽车和混合动力电动汽车的驱动电变速器机，近年来PM电机的使用非常广泛。其背景是， 随着电磁钢板和磁性材料的开发，加之混合动力 电动汽车用电动机对小型轻量化要求越来越高' 其程度甚至超过了电动汽车，以及更易于肚产化4J设
3、计等方面的优势。3.2.3.1结构及特点PM电动机在转子内设置永矢磁铁严丄磁图3-13感应电机裝仇乂（日野HIMR）®】极.通过定子线圈同步运转。与交流同步电动机 有很大区别。无刷电动机在结构上与P''电动机 属于同一种电动机.但是PM电动机是通过正弦 波状电流驱动.而无刷电动机是靠非正弦波驱动 （矩形波驱动）。图3-14所示为丰田叽的电动机及发电机的构造。汽车工建手册动力传动系统设计褊2、S3-14混合动力用PM电动机(b)(丰田 Prius)(?2-样加疑花一个伏匕的集中绕线方式。集中绕线方 弋爲伯沁方式柑比沁的地 r W戏伕涡 损失会发热以及导致怏挹卅加。不过集
4、跆 k方式的生产性较好，线圈两端的线头较短飞 此实际应用的例严在增加(图3&儿 p_3 电动机新瓯图：(b)发电机断面图3.2.3.2 转子的构造3-16定子绕线方式心】(a)分命饶线力式;(b)集中烧线方式永磁交流同步电机是采用永久磁伕励磴的交流电机°转子内设有永久磁铁.因此不碍要励磁 以IPM转子为例,对分布绕线定子和集中绕回路。与其他形式的电动机比较具有体积 小、质址轻、效率高等特点。PM电动机分为 磴铁装在转子表面的表贴式磁铁型(SPM )和 磁铁装在转子内部的内嵌入式磁铁型(IPM ) 线定子的性能作了比较其结果如图3 -17所 示、两者使用的是相同的转子,仅仅是定
5、子有所 不同。从图3-17的右图可以看出虽然转产是两类(图3-15)。3-15此最大扭矩也较小。由图中转矩转速特性可以看 出.分布绕线方式任赧大转矩和功系方面存在优势。3.2.4电磁铁PM电动机的转子结构判(“)表贴式磁铁空；(b)内嵌人式瑟铁型PM电动机具有磁铁产生的磁力矩及转子产生的磁阻力矩。在努力提高磁阻力矩的同时可在减少磁铁量和进行弱励磁控制的前提下提高效率。将磁铁产生磁通量的方向设为d轴，与之垂 直的方向设为g轴，利用d-g坐标系进行矢秋 控制。323.3定子的构造定子的绕线方式有两种：一种是线圈跨过多 个齿而绕成的分布绕线方式；另一种是像滚筒那为了实现电动机的小型化和岛妓率电动机
6、用的电磁钢板要求H-有高饱和磁力线密度和低浹 损等特性。为了获得上述磁力特性需耍减少碳 及氮等杂质，合理控制结晶方位和粒丁住径以 此来提岛透磁率、另外.使用薄钢板或通过添加 硅等成分可以提高固有阻力,降低铁损,有时也 使用无方向性电磁钢板、不过添加硅会导致饱和 磁力线密度下降，而I I.介金的硬度和脆性会增 加，因而加工性会下降。因此，需要恰当地平樹 好磁力特性与加工性之间的关系。除上述待性以 外，能经受转子高速旋转的机械强度、绝缘皮腔 的特性等也变得重要，因此,在设计电动机时, 要将I :述所有特性以及成本因素进彳j综合判断. 选择放合适的电磁钢板。相同的.集中绕线方式产生的磁阻转矩较小因r
7、m分巾饶线方代800700600500400300200100-转矩合iIiI ，-(b)(a)250磁阻转矩10 2° 30 40 50 60 70 80 90 电流相位/(。)图 3-17家电产品使用的电动机以及工业用通用型电 动机一般都是在5060 Hz的商用频率下定负荷 工作，铁损参照JIS C2552中规定的W15/5（） （1.5T, 50 Hz励磁下的铁损）的冃标。以电动 汽车以及混合动力汽车用电动机而吾，要求从起 步到高速行驶范围内的损失降到最低，而-般将 使用频率较高、对油耗影响较大的中转速、中扭 矩区域的铁损及磁力特性作为觅点评价对象。图3-18是专为混合动力电动
8、汽车驱动用电 动机而开发的高效率电磁钢板磁力特件9传统材 料（50H系列、35H系列）的比较。对于相同的 铁损W10/400 （ 1.0T, 400 Hz励磁下的洪损）, I 80（"0.35mm 系列50A系列35A系列0.50mm "系列板厚 0.35mm 035mm 0.50mm.0.50mm鋼203040506（）7（）铁损 W 10/400/（Wkg *）图3 -18驱动电动机用电磁钢板磁力弭竹儷中饶纯力代5()2 000 4 000 6 000 8 000 10 00（）JfcHjSElft/U-inin'1）分布绕线方式和集中绕线方式的待性比较（25）
9、（*）定子绕鐵方式;（1»）特性曲録磁力线密度B50 （5 000 A/m的磁化力下的磁通 秋密度）和转用都右所提禹。3. 2.5磁铁材料图3 - 19所示为各种永久磁浹性能比较而rf 的最为基本的退磁曲线。图中例举f Mi代衣件 的铁素体磁铁、铝铁葆钻磁铁、侈钻（Sm-Co） 系磁铁、饮一铁一硼（Nd- Fe -B）磁铁。纵坐 标为永久磁铁单位面积磁通秋的残留磁通撤密度 （垃），横坐标为农示受空'（温度及磁狹形状的影 响的磁铁使用时的退磁场的磁泱稳定性的保磁力HcQ Br与I仁乘积值加大的点为永久磁铁能达到 的最大工作匮,表示为仏心（最大能量积）。 如果退磁场超过r退磁曲线
10、的弯曲点，永久磁铁 会导致不可逆的退磁，失去了当初的特性。退磁 曲线随温度而变化，因此，在设计永磁电动机的 时候要注总永久磁铁在各个温度的工作点不要超 过弯曲点。图3 -20所示是永久磁铁以BHn为目标的开发动向。最新开发的Nd - Fe - B系磁铁比Sm-Co系磁铁的磁力要大得多。现在BHg为 400 kj/m （50MGOe）的磁铁已经达到了量产 水平并应用于实际当中。随着Nd - Fe - B系烧结磁铁的不断发开发更大容竝的PM电动机有了可能，于是永磁电动机电动汽车和混合动力汽车成为首要选择。60400320枚磁铁 （Nb-FB 系）5040240160饮钻磁铁（Sm-Co 系）302
11、0设计电动机性能时，在确足槽形状、尺寸、 转数和电流之后，根据榔满率等因索确定导体的 形状（圆线或棱线）、直径和并联线圈数。同时， 根据环境温度以及工作时温度上升的条件等选g 绝缘外皮的材质以及厚度。混合动力电动汽车发 动机舱的温度很高，而且爬坡等低速筒扭矩裡- 转时的铜损耗很大，如果线圈端部的构造不利于 散热，那么温度有可能达到18°丫。因此，绝鱼 外皮一般采用聚酯亚胺、聚酰胺亚胺、聚酰亚耘 或者上述材料组合使用的双层外皮。虽然绝终外 皮的耐热性非常重要，但是绝缘性处在各种各谕1 被劣化的诱因中间，应以是否具有机器所要求的寿 命，以及电动机的制造条件、运转时的使用环境等 多种因索进
12、行综合评价，慎重选择绝缘外皮。首先，在电磁线圈的制造过程中漆包线要反 复的弯曲、扭转、拉伸，除此之外还要经受各种 的摩擦，因此对其挠性、密合性、圆滑性、耐磨 损性等都有所要求。另外，在进行清漆处理的时 候，由于要进行预热、干燥，随温度的上升，绝 缘外皮容易被软化或因为绕线的残余应力而鼓 裂。因此，要求电磁线具有良好的耐热软化性和80铝探合金磁铁OP磁铁10铁素体磁铁耐热冲击性。由于绝缘外皮与清漆及其溶剂要处于高温环境中，从而使绝缘外皮受到侵蚀，因1111910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 43-20永久磁铁的开发过程29】不过NdFe - B
13、系磁铁的耐腐蚀性和耐热性较 差。为了提高其耐腐蚀性，一般采用镀谋等表面处 理方法使其与外界隔绝。为了提高其耐热性和维持 较高的磁力效果，也会合理添加一些钱（Nd）、错 （R）、W （Dy）等稀土类元素。如今根据其使用方 法能够在200弋以上的高温下使用的磁铁已经实用 化这样作为在汽车上使用已不存在问题。3- 2.6电磁线将呈螺旋状缠绕、以磁场能为媒介、使电能 与机械能相互转换的电线称为电磁线圈。汽车电 动机用的电磁线圈一般在铜导体上披覆磁漆绝缘 外皮，即漆包线。此，绝缘外皮与清漆以及溶剂的适应性也非常重理，特别是在使用可以提高热传导性的有体填要。此外，有时不进行清漆处理，而是采用树脂 压模的方
14、法。此时.在预热过程中绝缘外皮处 在软化的状态下，接受高压高速的喷射填充处 充物混合在一起的压模材料时，必须注意绝缘外 皮会被侵蚀的可能性。前面已经讲过，电动机运转的一个比较苛刻 的使用环境条件就是高温。变速器和减速器组合 在一起的电动机是在高温润滑油的环境中工作。 而且润滑油随看使用时间的增加，会劣化而含有 一定量的水分。需要对绝缘外皮和润滑油的适合 性及水分解性进行研究确认。近年来，为使电动机高功率化.500 V以上 高电压系统也已经实用化。最近有人指岀，受变 矩器换向时喘振电压的影响，电动机电磁线圈的 局部放电会加速电气绝缘性能的恶化。由于高压o3章电Q汽阳电3肋"0体阊5小畑
15、邮散电ME叽圈MMZ叭心冷為麗 趺得按讨汁嘤求的科硼的*g &想擁离冀忡 心耐I.除小迸设汁住®种、配典以弋电刈 机的N谍X特件时F娈讣:噥按电压波林说用过 电Httft的H部败电电压.还賽注嵐布M圈时 、JT降低线间的电势卜.*证轄外皮以N村 料的厚耿'低:惫虑串1匕b v?i 宀讨冷中肪ii »tvx包括贾讹检金抽 皿内的棕冷件措融、n、而nq:朋川的检测船*求（离谢隸典、扁 鮎、探M、冲山、电和 忧典节褐淋机汕）卜境中 W心临戏的町矗Fhg（V炽N烏m It分卅杓M 般邯采川社林为 Rzdw的电繊感2蚁角匱检测料（图21） p 总检测鼎&根抓俊
16、懺饕j* （St'nsor Kotor）的恤 转巾向引也定代岡中撇福住化的曲tn權拟債号 为从础.年通过林山HI）转朋料（HzIwErZ巳 Converter）的远算耕而检测出饱対（WR从卜匸 怙构9电动机柿似11屿转的传感转f仅柴 t njo3章电Q汽阳32. 7旋转檢测老控制永迸电动机时爲耍爪询检测饕ran位 宦丁 理矗浹芯 N此陨坚WL此外、如金分解備力力血 仃MdW性但（利川幣流于的相切换的料点 離澈子取传朋滦也吃札被实用化。o3章电Q汽阳2制備）AzHrigf71'、! Ho3章电Q汽阳o3章电Q汽阳3. 2.8KHK电標圏321検测器的构成和検测跳路凰3-22駆功力
17、織&圏包动机的设计般内燃机汽乍都圧借助变速器*获側卜同 车速所需的朝动力，朝动力曲线如图彳-22所 示。电动汽军所需的驱动力待性也从卜NI同 卜 过电动机,j内燃机冇所不同'可正反两卜方向旋 转并可从停止状态启动运转不需费变連誹从 电动力曲线如图3 -22中所示的虚缆祁分。混介 动力电动汽舉电动机分苑的II标性能圧将图中谏 曲线减£内燃机部分的扭*1之“；的刺余部分°研究电动机输出特性的肘粒减速比足卜 II常欷腔的牟數般减速比通过械岛4速祁电 动机的豪大转速之间的关系求得。电动机为）小战化,使之矗转逋化是皿利的、卜过2恥 ©虑电刈机以M减連冷的拥人
18、的卅叫、山朴的局 劝性、转子的鳥心力强度、林血噪曲' 渦滞粤o3章电Q汽阳离心力 扳动逆变器髙谐波 电动机空何高谐波饱和等非 线性损失形蠶纭 豔牆謠性能条件条件输入-依据经验设计卜a动设计复合FEM分析1辱出廉足条件 的电动机常数导出N足电动 的形飲电81卷谒為控制形状糸件 电圧电滝条件 性施亲件（全域） 扔失条件条件愉人林冷丁作完成后就可必手进行电动机 总g込阳 需大第曲爲器姒9 时间内髙负荷领域的高豎:爲鶯;:; 方法先假定各处的尺寸，F擎豐算驚驚 仆的性能.反复进行有限兀计算。随着对设 计周期的缩短及设计技术要求常、讐池鷲巳 设计方法在不断地得以发展目刖正在X试通二 过自动设计引
19、导出其外形以及提出控制、 路、电磁等综合模拟技术方絶（图3-23）。已有设计方法和建议设计方法3-23电动机设计的自动化流可以获得交流的装置称作逆变器3.3逆变器3.3.1概要为了不断地提高混合动力电动汽车、电动汽 车电动机驱动系统的效率，一般那采用感应交流 电动机'永磁交流电动机加逆变器骡动的交流驱 动方案，作为电动机控制以及电力变换装代的逆 变器需要具有以下特性。 能够按照驾驶员的耍求控制册动扭矩 （不同油门开度的扭矩、功率）。 减速时的再生制动控制。坡路停车等停止状态时保持一定的扭矩 低速时的蠕变扭矩。电力转换方式有表3-2所示的种类，从血表3-2电动汽车、混合动力电动汽车使用的
20、电力转换装置种类输入2直流电出交流电血流电血流转换住流变换器反向转换逆变器交流电张流线路岛功举换流器交渝转换（额率转换）禅环换流卷故近的电动汽车以及混合动力电动汽乍主要 使用的是自励式电压型的逆变器。这种逆变器使 用的是 1GBT （ Insulated Gate Bipolar Transistor）、 MOSTET （ Metal Oxide Semicinductor Field Effect Transi8tor）等半导体开关元件电压型逆变器连 接在负荷（电动机）与戊流电源（幣电池）之第3毎电动汽车笈电机用IPMU 成肚合动力ECU （电动机/准电机ECU底3 -24 电压型逆变器的驱
21、动电跑I川心）相违接.这一形式成为氏待征如 图3 -24听示为电压电逆变器的线路图构成。IPM 1STPWD电动机向八血的虫流仗櫛竹（wwi）.人逆'in«如”川g悄和来擦制力式倣便用的趁越形波*岀电压 林冲幅度按照 处周期变化的PU M脉宽调制方 式这种力式采川的足改变一定周期内的输岀电 條半沟值的柠制汎.由交流电动机的U、V, w二（11交流衣桥式何路中形成切换回路。在桥式电压（M （林为E例路）中.利用电压指令信号与三角伙载浹信号小比絞得列的开关信通过心3-25)。()I讥MOMET的M-仃厅操作.求出平均值与 电压指令信号摭編成正比的高频矩形波输出电 压 角波信号的频
22、半称为栽波倾率，通过调H 施加电功机的负荷大小控制載波倾率的HJ换、& 门 Liummri n n 仃 口蘇 ftRFFtfWtfcW 黒jHHH廿匸Ftf世吉牡3.3丄2脉宽调制控制脉老 HI 制控制（NZ WJh Modulation t ru m）禅制通过周期性改变矩形液输出电压的 凍覚粗变脉动周期耐输出电压平均值。利用 E*式的逆变番称为闷逆变器鳶 仏逆汕利用电川令信巧与加波吧号 RI比絞衢御的H走倚V通过控制丽;的 0H、得鼻¥均（ft I j电压捋令L,撿br “ junmnnm 九 nnEnBr 厂寻環爲严fr(b)图325三甬逋比较式叭逶*动作濃k（a）主电踣
23、® 铤：用制方式髙顿矩形波输出电压利用电压指令信号变成正 弦波的方式可以得到驱动电动机所需的交流输出3.3.1.3 平滑回路在逆变器主回路和器电池（直流）间的整流 回路中插人平滑电容器。电容器的容址大小由电 池内部电阻以及电容器自身的电流脉动応决定。 电动汽车的电动机输出功率与养电池的输出功率 从其损失来考虑可以看作基本一样。但是混合动 力电动汽车发电机功率与电池功率可以同时供给 驱动电动机，因此可以采用高功率设计。随洛f输 出功率的增加，需要增大逆变器元件、电线以及 工艺导线等的容址，同时也带来了装配性下降、 成本增加等问题。另外驱动电压越高则越容易在 高转速范围内获得电动机输出功
24、率。因此很多时 候都在逆变器回路和电池之间增设升压变频器。 电动汽车以及混合动力电动汽车的驱动电动机和 发电机多数采用永磁交流同步电动机的驱动时， 一般都使用逆变器。从实车搭载性，以及动力控 制装置（Power Control Unit）需要小型轻量化， 而且与电动机以及驱动电池的线束布置也要从简 洁等方面考虑，一般都采用一体式动力回路设计 （图 3-26）。力戊如图3-27所示。最近随着车号加速性 歳不断提断逐渐地在大型车辆上来用因 从薔电池的质城、体积等的装载性、成本用 爲面的考虑，蓄电池电压的降低、系统譽 的严高以及降低驱动电流的焦耳热损失皐和 黑要;题。为此,开始采用了在蓄电池和 逆变
25、器之间插入了调整电压用的升压换流独 路这样的设计。此电路用于"七合动力电确色弃 时，不仅需要电力转换电路的高可靠性以谒 我保护功能还需要低损失及散热设it ,以使 发动机以及排气热址造成发动机舱内的温度上 升时，还能够在高温环境下连续运转。另外, 对外界气温以及断续运转产生的温度变化的耐 久性也有一定的要求。III电感器增压动力模块电容器下的 逆变器动力模块主/滤波电容器通往发电机动力控制装置（丰田Prius）砂3-27电动机控制电路（带升压电路）3-263.3.2.1动力装置纯电动汽车、混合动力电动汽车所主要使用的永磁交流同步电机用的是三相交流电。驱速前的频率进行控制，因此.要求动
26、力元件具有 高速化的开关特性。为此.使用MOSFET和IG动电池的住流电压是通过PWM控制各相的电压及频率得到旋转磁场。 需的扭矩和输出电压。再通过这一磁场产生所电动机控制电路的主要BT。1GBT兼具动力MOSFET的离速开关及电压 驱动特性和双极晶体管的大电流特性按照其结 构可分为平面形和沟槽形（图3-28） ：,3-3.2逆变器电路构成驱动车辆用的逆变器要对电动机达到赧大转称 自我! 緞动电陽郴分. 亠4 品灵丽.叮迭吵、上“卡张申嶽毎z J丄严仆彳m*!； 亠一“彳&*理护E八誉'屮腎計 IF-4乾昨护* I0J1W1；一、我二V>K二"0M1V 4零&q
27、uot;和代帑廿算粧图E敌魚片材料、載使Rl zc和1的£合村料 m讥陽H贄：的熾童力，徽魚片和0曲賽 »駅涂ton淆鑽歐時伙翅效补、 輛初険汁、将wt髦冷紂萩豐设汁成休络 林棗直技）令知化行、朮啊宿詈的彙冲化卩以编'卜 裝買的体积、认轴小到化的II啊（图1 =如、.2飞 W2 3、乂2、3龜詹薛建住葬输出电沐和輪电MW*电乐柏W淆电 和俺HI帕ir电第电弈卄懒腆电能器中疗慕 爲:；林讥神粉2、 射电渝时和谕*爭枫、3、濃汕令"能& KI 0、气氷 <*枣龙他、以户丫妁7£7式" 仆、阿嶽冷趴八曲轍冷°3、3、久
28、2彎離劝申樓试务卜动幻決曲、周边电幣织成个楸块 为渤力棋块.裳践能从动电4保护电昭、 论慚中時都內瞰洽扎、內叶这裝買讥亲垃 细含仆称为料能功*、松块（U、w *心w Zz亦bg .检制中用（佩中Ik）別动J电 律（福电爪' 帕绝磚乘用啊昆議，鸟缔绵g H、“化盲、可以弋理确fj电跆的尔刊什、梶 竊I产怕而u对电淹、和拾箸屯路耳常悄“卜 自我棵护功能也能齢真现命点、命将庖化HH 前0绍成为汽卜从动用电力转檢装戳的、匚 （图3河人°电绷*的妖栽吓地温痕软低、闪此粮抿C3D 农撚抽揭处夫小、也右采JH2冷h式覆行冷M和 例仁而混合別勺电动汽4中智能巧悻縛块毂 鄒裕敎J先动机址N、釘
29、采川的皐散这片式的氐 冷片弧/气车工程手册 动力传动系统设计籀容许麻浚及斛久灯甜每°逆变器何箱中的电客踞 /小马所岌求的容城必止比.因此金进行逆变器 小和化时熒注危兼锁电解电客番的小型化和放 殆效率旳角形电冷器以及蒲141冷器被开发成 功jum好钩向放対性的扁卩虫电冷器所替代！3.3.2M 升压换流熬升压换擁器电路由IGBT和FWD ( Free Wheeling Diod厂)构成的半桥式电路电抗器以从 滤破电冷器纽成裕电池和逆变器上电路从方采 丿何逆断/纳丿咲电路方氏转换血流电换流器的 控制力乂采用冊馈和反馈组合的方式利用电池 电莎ffill标升川电压的比确定IGBT的开关能率.
30、并通过反饮项进行修1E , IGBT根据与升压电压目 标伉相对M以控制用ECU的指令值，推动断路器 I作,完成升降压 电抗器为平滑电略用的电感 湍(lndu(；lor),为了增大电感或减少电感损失, 采川电磁钢板以件在起的低磁应变芯片。3.3.2.5电抗器为实现升圧l“l路屮电抗器的小型化,耍求 通j I改进卷线)式捉倚卷线效率，以及改进榊隙 跖h另外,通电时电流脉动产4；.的电磁力以及 芯子的磁应变会产心与开关同周期的髙频噪声。 i人i此般桂荐便用低磁应变芯r材料“3.3.2.6冷却设计逆变器的冷却方式由JI：装载位饋的环境温度 Ml逆变血I身的发热就*决定。装載J：发动机舱 内时,砂來川I
31、.LC水冷方式，与发电机共用- 卜敬热器占川空间比较小、制冷刑驱动般采 川电动泉的方此i那动用电动机、发电机以及 逆变器(PCU)的冷却器连接而成。A电动机低输出功率系统屮,般祁将电池 迎变誹以及DC/DC转换器等高压冋路拳件 卩山体化装載.采用空冷冷却方式。无论采用 木冷吨；'冷哪种方式.都嬰充分匕虑好便用环境 的温度以八门身发热嶽等问题来加以设计(图3-30DC DC转義蛉空刖转換爲冷却用竝始片f0气电祁电啊(»冷却风散煥片(b)图3-31逆变器冷却方式(a) I' HI Priu* '" ; ( b)本Hl思域ffil介动力3.4电动机控制3.
32、4.1概要车辆驱动用电动机要求能够在车辆停止以及 低速范11>1内提供大扭矩输出,任皿高转速范IM内 提供所需要的功率输出。从最早的流电动机、 感应电动机发展到现在作为主流的永磁交流同步 电动机(PM电动机)。电动机控制的堆本构成如 图3-32所示.水磁交流同步电动机的理山：水磁 交流同步电动机与感应机相比,不需要励磁电流, 没有:次铜损而具冇岛效率,利用稀七类磁铁町 以捉岛磁通笊密度,而且水磁电动机的体积相对 较小等，当PM电动机中的逆突极教1而利用了磁 Pt 1扭«>方式时，因为可以使用磁场的减弱控制而 由于在广泛范围的转速领域内可以输出功率利 用逆灾极型磁阻扭矩方式
33、的PM电机可通过磁场减 弱控制实现住更大转速范| |彳内的功率输岀/气车工程手册 动力传动系统设计籀/气车工程手册 动力传动系统设计籀但'.优運*黑0的中tWrt.隸此址忠十伸打.H文辦文为"連夬悴-电动机控制的基本构成PM电动机以电流振幅和相位控制的矢量控制为 基础，转子的永久磁铁一侧作为d轴（Die“ax is）,永久磁铁间的中央一侧作为g轴（Quad® tureaxis）,并使用了利用坐标的电压方程式 和扭矩公式。将驾驶员所要求的扭矩转换成电流 指令值，通过反馈控制使各相的电流值和指令值 一致C交流电的传感器输出转换到d - q坐标上, 再反馈给直流电流指令值
34、，以此来抑制相位滞后 （图 3-33 和图 3-34）。与磁阻转矩Tr之和为最大的电流相位0处运转而 得到最大转矩。电动机转矩在电流相位角略啟超 过0。时最大（图3-34）。连接各电流振幅转矩敲大点的线是电流最小时的最佳工作线=PM动机电流控制如图3-35所示。使转距在该线上动作称为最大扭矩控制（图3-36）。电压的d - g轴分量和扭矩分别为丁二 Pn4>iq+Pn(6 -厶q) 3q(1)(2)电流相位0（°）式中：匕、岭为电枢电压的d-g轴分量；d iq为电枢电流d-g轴分量;厂为电枢电阻；6、Lq为d-g轴电感；S为旋转角速度；d为永久磁铁的电枢交链磁通；卩为扭矩；P&
35、quot;为极对数。式（2）的第一项是永久磁铁和电枢电流的磁转矩几，第二项为转子凸极性下的磁阻转矩 TrO具有逆凸极性的永磁电动机由于5 < Lq .负的d轴电流/d流动可以得到正的磁阻转矩。在励磁线圈式同步电动机中磁通最d的 大小可变，高速运转时需要将电压控制在较低范 围内，此时可以进行降低磁场的控制 另外，永 磁电动机由永久磁铁产生磁通量，因此不能调钢 磁通董：为此，需要流通d轴电流几以消除永久 磁铁的磁力线九而实现等价的磁场减弱控制, 从而控制定子的线圈所交割的磁力线©0因此， id称为弱化磁场电流（图3-33）。3.4.1.1最大转矩控制可产生磁阻转矩的PM电动机在磁力
36、转和Tm3-34PM电动机电流相位与转矩特性的关系3.4.1.2 弱化磁场控制同步电动机中,由于与转子转速成正比例的 反电动势的上升，会在电动机的端子上产生感应 电压，当该感应电压趙过逆变器的电源电压时， 将无法获得电动机的输岀电压。由于电动机的端 子电压与旋转角速度3成正比例上升，利用放大转矩控制而达到了电压限定后，增大弱化磁场电流心，以增加电流相位角0，从而消除永久磁铁 的磁通址减少线圈的磁通诡交割数，这一方 法被称为弱化磁场控制（图3 -37）。3-37扭矩厂=0时端子电压匕和电枢电流人的关系么k大列电动机的大功率化必须进行逆变器 仏两需带Z蠶g 鷲需；爲多方面都要受到设计昨 醫换器电路
37、的办法。另外'可以通过切换 以器输出电压波形的调制系数以提高高转速范 围内的输出电压。亠 八电压波形可以分为三种（表3-3）:邑波 PWM、过调制FWM和矩形波（1脉冲）。石殊波 PWM是垠常用的电压波形。电压和电流星正弦 波转矩变化小，可以获得较为平滑的输出。与 其他控制方式比较，其缺点是电动机的输出电压 较低。矩形波理论上可以产生最大的基本波分 挝，调制率固定。电压振幅不可变，一般只能采 用如图3-39所示的转矩反馈控制电压波形的方 式。过调制PWM的调制率处于两者之间，能够 有效地提高中速范围内的功率。表3-3 PM电动机电压控制时的电压波形和调制率通过上述这些控制后，PM电动机输出的范围如图3-38所示。图中*范围电流相位角0二0。，即d轴电流必=0时的输出极限。通过将电流相位角0控制在产生最大转矩的相位，将输出扩大到范围。再通过弱化磁场控制来控制电流转矩指令位角0得到高转速范围C的输出性能。电流极限转速3 _38各种控制方法的输出范围变化电动机 逆变器3-39矩
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