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新能源汽车电机设计及弱磁控制的挑战

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:3)鉴于它结构和磁场的特殊性,使得准确、高效地设计内置式永磁同步电机变得比较困难,故实现最优化的设计是挑战[2]。4)目前,研制高性能电动车用内置式永磁同步电机的技术只掌握在少数的科研机构和高校中,不能有效地与汽车生产厂商合作研发,出现了研、产脱节的现象。

新能源汽车电机设计及弱磁控制的挑战

高性能电机方面:主要存在电机的电磁性能不够理想,电磁干扰问题,电力电子以及机械、热交换、振动和噪声,防护,安全,环保,测试/试验。

控制器方面:电磁、电磁干扰、电力电子、机械、热交换、噪声、防护、安全、环保。

国内关于车用内置式永磁同步电机的研究已经进行了很多工作,但迄今为止,内置式永磁同步电机在我国汽车行业并没有得到全方位的推广,主要有以下几个方面原因:

1)由于稀土永磁材料的价格高,使得内置式永磁同步电机的生产成本很高。

2)内置式永磁同步电机采用永磁体励磁,使得电机气隙磁场中谐波含量大,铁耗相比异步电机比较复杂,而且损耗大小关系到电机的恒功率扩速范围和效率,影响到电机的性能,所以如何准确计算铁耗并如何降低谐波分量,成为研究高性能内置式永磁同步电机的关键

3)鉴于它结构和磁场的特殊性,使得准确、高效地设计内置式永磁同步电机变得比较困难,故实现最优化的设计是挑战[2]。(www.xing528.com)

4)目前,研制高性能电动车用内置式永磁同步电机的技术只掌握在少数的科研机构和高校中,不能有效地与汽车生产厂商合作研发,出现了研、产脱节的现象。

评估一个车用牵引电机驱动系统的指标是最大输出转矩与速度曲线、恒功率调速范围、效率分布图而非某一点最高效率、电机输出功率逆变器容量之比,以及转矩密度的大小。为了使电机具有上述特性,一方面从电机设计着手,要求电机结构紧凑、尺寸小、质量轻、成本低、效率高,这对电机设计者是一项严峻挑战;另一方面对驱动控制提出更高要求,即提高电池电压等级,低损耗及更好的冷却系统,大容量控制器等,在控制策略上实现可靠性高、失效模式可控、控制精度高等特点。

由于内置式永磁同步电机的凸极效应使得磁路交叉饱和严重,dq轴的电感在不同的运行工况下变化较大,电机长时间运行时温度升高,趋肤效应等现象导致的原理性参数变化,在对电机实现控制时,若把电机的电感参数视为常数,将严重影响电机转矩输出能力、弱磁特性和控制精度[18]

为了实现高精度的控制,需考虑磁路饱和对控制系统的影响。一方面要对电机参数准确计算,得出考虑磁路饱和的电感参数,实现控制;另一方面采取采集实时变化的电机参数,需要对电机参数进行在线辨识。通过参数辨识能准确地控制电机,提高控制精度和鲁棒性,更好地发挥电机固有的转矩和速度输出能力[19]

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