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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）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、高速電機制造技術(shù)的提升，電機系統(tǒng)智能化的趨勢越來越明顯。


車載電機，作為電機重要的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著汽車電動化進程的加速，在未來幾年全球市場的增長率約為3.7%，其中車載無刷電機市場份額的增長最為明顯。


電動進程加速拉動車載電機性能提升


汽車電動化進程加速和性能提升拉動了對無刷直流電機以及相關(guān)驅(qū)動IC的需求。現(xiàn)在的電動汽車不同應(yīng)用中所需的電機性能各有差異，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過程中的損耗。普通車載電機的損耗主要源于三個方面，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，即便是電機不工作，控制電路一般也處于待機狀態(tài)，它可能會影響到汽車駐車時電池的放電時間。


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，想要實現(xiàn)這一目標優(yōu)化功率器件材料和生產(chǎn)工藝是主要的應(yīng)對方向。


第三部分電機本體的損耗也是主要的損耗來源，電機結(jié)構(gòu)設(shè)計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。或者另外的一種辦法是，使用合理驅(qū)動方式，這也可以進一步改善該部分的損耗。


電機用量提升，噪聲如何解決？


除了效率，使用者也越來越關(guān)注電機工作時的噪音。隨著越來越多的電機應(yīng)用到駕駛艙內(nèi)，電機噪音也成了應(yīng)用時考量的重要指標。電機的噪音主要也源于三個方面，一是工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時軸承等機械部件摩擦產(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。這要求電機線圈繞線時盡可能緊密均勻。當下越來越先進的自動化生產(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，當控制的磁場不能與轉(zhuǎn)子完全吻合時會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩急劇波動，這會導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生。同時周期性的轉(zhuǎn)矩波動也可以引起電機本體的共振噪聲，這需要電機結(jié)構(gòu)設(shè)計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：小型與高效率


電機的小型化是未來發(fā)展的趨勢，電機體積的減小可以節(jié)約空間，降低成本，但是這也會限制電機的最大輸出。為了克服這一弊端，提高磁力或者靈活運用磁阻轉(zhuǎn)矩進而優(yōu)化轉(zhuǎn)子，或者提高占空比系數(shù)優(yōu)化電機參數(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。矢量控制實現(xiàn)起來復(fù)雜得多，對主控芯片的計算速度和精度都有比較高的需求，中大功率的電機，矢量控制方式會更有優(yōu)勢一些。


小結(jié)


車載電機應(yīng)用中，電池散熱風扇、HVAC鼓風機、冷卻水泵、油泵的需求越來越大，同時為了提高舒適性，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)用對電機也提出了不少的需求。車載電機需求不斷增長的同時，對電機驅(qū)動控制技術(shù)的要求也變得越來越高。