電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))近幾年來,隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù),以及電力電子技術(shù),特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展,再加上國內(nèi)高壓、高速電機(jī)制造技術(shù)的提升,電機(jī)系統(tǒng)智能化的趨勢越來越明顯。
車載電機(jī),作為電機(jī)重要的應(yīng)用領(lǐng)域,隨著汽車電動化進(jìn)程的加速,在未來幾年全球市場的增長率約為3.7%,其中車載無刷電機(jī)市場份額的增長最為明顯。
電動進(jìn)程加速拉動車載電機(jī)性能提升
汽車電動化進(jìn)程加速和性能提升拉動了對無刷直流電機(jī)以及相關(guān)驅(qū)動IC的需求?,F(xiàn)在的電動汽車不同應(yīng)用中所需的電機(jī)性能各有差異,從HUD、EGR、BCF、EWP、EFP、HVAC到線控、車身穩(wěn)定控制、防抱死、助力轉(zhuǎn)向、啟動發(fā)電一體各種應(yīng)用對相關(guān)的讀懂提出了各自的要求。
如果簡單歸納車載電機(jī)的發(fā)展趨勢,無外乎是高效率、低噪聲、小型化和易用。首先是高效率,想要提高效率,通過公式我們清楚就是要降低電機(jī)過程中的損耗。普通車載電機(jī)的損耗主要源于三個(gè)方面,一是控制電路損耗,一般這部分的損耗比較小。值得關(guān)注的是,即便是電機(jī)不工作,控制電路一般也處于待機(jī)狀態(tài),它可能會影響到汽車駐車時(shí)電池的放電時(shí)間。
二是功率電路的損耗,這也是主要的損耗之一。這部分的損耗與功率器件的性能有關(guān),降低導(dǎo)通電阻、優(yōu)化開關(guān)是降低損耗的有效手段,想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)優(yōu)化功率器件材料和生產(chǎn)工藝是主要的應(yīng)對方向。
第三部分電機(jī)本體的損耗也是主要的損耗來源,電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及使用的材料是影響該損耗的主要因素。在這一部分降低損耗,降低繞線電阻、提高磁力、改善電磁板特性、控制磁場都是有效的辦法,這些辦法本質(zhì)是調(diào)整材料工藝來降低損耗?;蛘吡硗獾囊环N辦法是,使用合理驅(qū)動方式,這也可以進(jìn)一步改善該部分的損耗。
電機(jī)用量提升,噪聲如何解決?
除了效率,使用者也越來越關(guān)注電機(jī)工作時(shí)的噪音。隨著越來越多的電機(jī)應(yīng)用到駕駛艙內(nèi),電機(jī)噪音也成了應(yīng)用時(shí)考量的重要指標(biāo)。電機(jī)的噪音主要也源于三個(gè)方面,一是工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)軸承等機(jī)械部件摩擦產(chǎn)生的噪音。近些年隨著軸承質(zhì)量的不斷提高和裝配水平的提高,該部分噪音正在不斷地改善。
另一方面,控制時(shí)定子線圈會產(chǎn)生電磁場變化,導(dǎo)致線圈會有微幅的震動,同樣會產(chǎn)生噪聲。這種噪聲和PWM開關(guān)產(chǎn)生的噪聲一樣,屬于電磁噪聲。這要求電機(jī)線圈繞線時(shí)盡可能緊密均勻。當(dāng)下越來越先進(jìn)的自動化生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)盡可能地保證了繞線質(zhì)量,從而改善這部分的噪音。
另外,工作狀態(tài)下,當(dāng)控制的磁場不能與轉(zhuǎn)子完全吻合時(shí)會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩急劇波動,這會導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。同時(shí)周期性的轉(zhuǎn)矩波動也可以引起電機(jī)本體的共振噪聲,這需要電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方式的不斷改善,才能有效地降低這部分的噪聲。
車載電機(jī):小型與高效率
電機(jī)的小型化是未來發(fā)展的趨勢,電機(jī)體積的減小可以節(jié)約空間,降低成本,但是這也會限制電機(jī)的最大輸出。為了克服這一弊端,提高磁力或者靈活運(yùn)用磁阻轉(zhuǎn)矩進(jìn)而優(yōu)化轉(zhuǎn)子,或者提高占空比系數(shù)優(yōu)化電機(jī)參數(shù),或者提高繞組系數(shù)都是行之有效的方法,目的也都是為了提高轉(zhuǎn)矩。
為了盡可能提高效率,目前兩種電流相位控制應(yīng)用的較多,一是自動超前角控制,二是矢量控制。這是兩種轉(zhuǎn)矩最大的正弦波驅(qū)動。矢量控制實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜得多,對主控芯片的計(jì)算速度和精度都有比較高的需求,中大功率的電機(jī),矢量控制方式會更有優(yōu)勢一些。
小結(jié)
車載電機(jī)應(yīng)用中,電池散熱風(fēng)扇、HVAC鼓風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、油泵的需求越來越大,同時(shí)為了提高舒適性,輔助駕駛、電動助力轉(zhuǎn)向、隨動大燈、散熱座椅、智能中控臺等輔助系統(tǒng)的應(yīng)用對電機(jī)也提出了不少的需求。車載電機(jī)需求不斷增長的同時(shí),對電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)的要求也變得越來越高。
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車載電機(jī)
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