电动汽车直流永磁同步驱动电机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点,又具有直流电动机的调速性能好的优点,且无需励磁绕组,可以做到体积小、控制效率高,是当前电动汽车电动机研发与套用的热点。永磁电动机驱动系统可以分为无刷直流电动机(BLD-CM)系统和永磁同步电动机(PMSM)系统。永磁同步电动机(PMSM)系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点,通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能,提高电动机的调速範围,因此在电动汽车驱动方面具有较高的套用价值,已经受到国内外电动汽车界的高度重视,并在日本得到了普遍的套用 ,是一种比较理想的电动汽车驱动系统。
电池、电机、电控是新能源汽车的三大核心部件，电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测感测器以及电源等部分构成。
基本介绍
- 中文名：电动汽车直流永磁同步驱动电机
- 外文名：Permanent Magnet Synchronous Motor
- 电机类型：永磁同步
- 供电模式：直流电源
- 套用範围：纯电动汽车或插电式混合动力汽车
- 关键技术：电机效率
关键技术
永磁同步电机关键技术可以分为两大类:一类是以电机本身作为主体的关键技术,包括永磁同步电机设计、製造及永磁材料的研究等,这类关键技术,更加关注永磁同步电机本身的特性和性能、製造工艺及新型永磁材料在电机製造中的套用及发展；另一类是以电机为被控对象的关键技术,主要着力于电机的控制性能如电机运行的稳定性、电机的运行效率、电机的带载能力、特殊场合下的特殊套用等,这类关键技术主要解决如何保证永磁同步电机高效、可靠启动和运行的问题。本文主要讨论第二类永磁同步电机关键技术中的电机结构设计、电机转矩特性以及电机控制策略。
结构设计
永磁同步电机的功率因数大，效率高，功率密度大，是一种比较理想的驱动电机。但正由于电磁结构中转子励磁不能随意改变，导致电机弱磁困难，调速特性不如直流电机。目前，永磁同步电机理论还不如直流电机和感应电机完善，还有许多问题需要进一步研究，主要有以下两方面。
效率
永磁同步电机低速效率较低 ,如何通过设计降低低速损耗 ,减小低速额定电流是目前研究的热点之一。
弱磁能力
永磁同步电机由于转子是永磁体励磁 ,随着转速的升高 ,电动机电压会逐浙达到逆变器所能输出的电压极限 ,这时要想继续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速。电机的弱磁能力大小主要与直轴电抗和反电势大小有关 , 但永磁体串联在直轴磁路中 , 所以直轴磁路一般磁阻较大 ,弱磁能力较小；电机反电势较大时，也会降低电机的最高转速。如图所示表示国内某汽车厂家生产的永磁同步电机。
转矩特性
为了解决槽宽和齿部宽度的矛盾,开发了横向磁通电机(Transverse FluxMachine)，电枢线圈和齿槽结构在空间上垂直,主磁通沿着电机的轴向流通，提高了电机的功率密度；採用双层的永磁体布置，使得电机交轴电导提高，增加了电机的输出转矩和最大功率；改变定子齿形和磁极形状以减少电机转矩脉动等。 为了提高电机的转矩特性，国内外专家对此进行了一系列深入的研究。大杨电控与其它公司合作推出採用双层永磁体的内置式永磁同步电机，提高了电机的交轴电导，使电机转矩增加10%，最大效率区增10%，最大峰值效率可达97%以上，主要运行区域效率可大于93%。
控制策略
电动车驱动电机要求低速大转矩且有一定的高速恆功率运行範围，所以相应控制策略的研究也主要集中在提高低速转矩特性和高速恆功率特性上。 低速控制策略：为了提高驱动电机的低速转矩，一般採用最大转矩控制。早期永磁同步电机转子採用表面式磁钢，由于直轴和交轴磁路的磁阻相同，所以採用id=0控制。控制命令中直轴电流设为0，从而实现最大转矩控制。随着同步电机结构的发展，永磁同步电机转子多採用内置式磁钢，利用磁阻转矩增加电机的输出转矩。id=0控制电机电枢电流的直轴分量为0，不能利用电机的磁阻转矩，控制效果不好。目前，永磁同步电机低速时常採用矢量控制，包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向等。
高速控制策略：为了获得更宽广的恆功率运行範围，永磁同步电机高速运行通常採用弱磁控制。 目前，国内外很多研究部门对永磁同步电机的控制策略进行了研究。新加坡理工大学电气学院研究的永磁同步电机控制策略低速时通过恆转矩控制模组计算出产生转矩所需直轴和交轴电流的大小，进行恆转矩控制;高速时运行于弱磁控制模式，根据直轴和交轴电流的参考值计算所需的电枢电流大小。日本大阪大学通过控制电枢电流的直轴成分减小电机的损耗，从而提高电机的效率。通过对不同参数的电机进行仿真，结果表明利用直轴电流的弱磁效应可以提高电机的效率。
发展趋势
作为车辆电驱动系统的中心环节,驱动电机的总体性能是设计研製技术的关键之一。根据车辆运行的特殊环境以及电驱动车辆自身的特点,可以得到永磁同步电机在电动汽车领域的发展前景可观，且其发展趋势可以总结为以下几点:
(1) 无位置感测器永磁同步电机驱动系统；
(2) 具有磁场控制的永磁同步电机驱动系统；
(3) 轮式永磁同步电机驱动系统 ；
(4) 动力传动一体化电机驱动系统 ( 电机、减速齿轮、传动轴)；
(5) 双馈电永磁同步电机驱动系统 。
根据行业基本情况,汽车电机总的发展方向是,产品向永磁化、无刷化、智慧型化、高性能化、组合化、机电一体化方向发展;生产向专业化、大批量、高效率发展;测试技术向高效、自动化发展。为了满足日益广阔的市场需求,也重视生产低价格的品种。