来源: 汽车拆解人、翟笔记
在电动汽车迅猛发展的今天,其驱动系统性能的优劣直接影响到整车的动力性、经济性和可靠性。当前, 大多数电动汽车驱动系统采用单一励磁源电机 ,难以同时满足高功率密度、宽调速范围和高效运行等多重技术需求。为解决这一难题,混合励磁电机作为一种新型电机技术应运而生,为电动汽车驱动系统提供了全新的解决方案。
混磁电机结构上仍由定子与转子两大基本部分构成,但其核心特征在于同时采用永磁体与电励磁绕组作为磁场来源。并通过附加的电励磁绕组来进行磁场强度和方向的调节,从而实现对电机性能的灵活控制。
跟常规电机一样,混合励磁电机也有转子和定子两大部分,转子一般是包含永磁体和电励磁绕组,而定子则带有固定绕组,负责生成旋转磁场。

1.定子部分:类似于传统电机,混磁电机的定子由硅钢片叠压而成,并在其内部嵌入多相绕组,这些绕组在通入交流电后会产生旋转磁场。
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永磁体,固定在转子内部或表面,提供基本的气隙磁场,这部分产生的磁场是恒定的,能在负载较小时提供基础磁通,从而实现高效运行并简化电机结构。
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电励磁绕组,可根据需要通入直流电,产生额外的磁场以增强或减弱永磁磁场,实现磁场强度的调控。就是在转子内部设有绕组,可通过外部电源施加电流产生磁场,可根据需要调整磁场强度。在负载较大或需要改变电机特性时,通过调节电励磁电流来增强或减弱总的磁场强度,以适应不同工况下的功率需求。
3.控制系统:混磁电机通常配备先进的控制系统,能够根据电机的实际负载和运行状态,适时调整电励磁绕组的励磁电流,进而改变电机的整体磁场强度和方向,实现对电机性能的优化控制。
4.其他结构:混磁电机还包括轴承系统、冷却系统、端盖、轴等结构,与传统电机类似,但因其特殊的工作原理,其结构设计需兼顾永磁体和电励磁绕组的散热需求以及磁场调节功能。
新能源汽车对动力电机的核心需求是“宽工况适应性、高效节能、高可靠性、小体积轻量化”,混合励磁电机通过永磁与电励磁协同设计,完美契合上述需求,适配性突出,具体体现在四方面:
■ 励磁电机
1.扭矩控制灵活:相比于单一励磁类型的电机,混合励磁电机能够在较宽的速度范围内提供稳定的扭矩输出,尤其适合电动车在启动、加速、巡航及再生制动等阶段的不同需求。
2.功率因数高:由于永磁体的存在,混合励磁电机的功率因数通常较高,这意味着输入电流与电压更加同步,减少了电网负担,并提高了电源利用率。
3.转矩密度大:通过对电机设计的优化,混合励磁电机可以在较小的体积内产生更大的转矩,这对于电动车来说至关重要,因为它可以缩小电机尺寸,减轻重量,有利于提高整车的能量密度和续航里程。
4.可靠性强:混合励磁电机允许在某些条件下(如永磁体退磁或高温环境)通过增大励磁电流来补偿磁场损失,增强了电机在复杂工况下的可靠性。
尽管前景广阔,混合励磁电机迈向大规模产业化仍需攻克一系列挑战:
1. 高速转子供电问题:新能源汽车电机常工作在20000rpm以上高速区间,转子绕组的供电与电刷-换向器系统的可靠性仍是技术瓶颈。
2.控制系统复杂:双励磁系统需高精度协调控制,算法复杂,对控制器性能要求高,同时需实现与电池管理系统、整车控制器的协同。
3.结构与散热设计难度:转子同时布置永磁体与绕组,结构紧凑,散热挑战大,对材料与工艺提出更高要求。
4.成本与能效平衡:电励磁系统增加额外电能消耗,在追求节能的电动车平台上,需整体优化以提高系统能效。
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