中国电动车产业链商业报道全媒体平台

首页>电机

电机知识小科普之永磁同步电机篇

2018-05-28 · 来源: 电驹 关注度:9048 次
分享到:
电机
摘要:在电机的发展历程中,永磁同步电机是另外一大技术流派,目前绝大多数品牌采用的是这种电机,包含宝马i3和比亚迪、传祺新能源、北汽新能源等国内几乎所有品牌。

在上期电机介绍文章中,我们为大家先介绍了作为电动汽车领军人物特斯拉采用的交流异步电机,文中说到了特斯拉与这种电机的渊源。

而在电机的发展历程中,永磁同步电机是另外一大技术流派,目前绝大多数品牌采用的是这种电机,包含宝马i3和比亚迪、传祺新能源、北汽新能源等国内几乎所有品牌。永磁同步电机的重要性不言而喻,本期我们重点来看看它有什么特点。

blob.png

▌稀土永磁电机的发展历史

早在19世纪20年代就出现了世界上第一台电机,而这台电机的转子部分就是永磁体,用来产生励磁磁场。但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石(Fe3O4),磁能密度很低,用它制成的电机体积庞大,不久被电励磁电机所取代。随着技术的发展对于永磁体材料的选择也有过很多种,这其中最优异的莫过于稀土材料了,所以将采用稀土永磁材料的电机又叫做稀土永磁电机。

blob.png

▌稀土永磁电机的机构与原理

blob.png

稀土永磁同步电机从结构上看主要是由转子、端盖、及定子等部件组成的。

一般来说,永磁同步电机的定子结构与普通的感应电机的结构非常非常的相似,而主要是区别于转子的独特结构与其它电机形成了差别。

和特斯拉使用的交流感应异步电机的最大不同则是在转子上放有高质量的永磁体磁极(稀土)。由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择,所以永磁同步电机通常会被分为三大类:内嵌式、面贴式以及插入式。

blob.png

而他们的工作原理大致相同,在固定电动机定子绕组中通入三相电流,在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体,永磁体的磁极是固定的,根据磁极的同性相吸异性相斥的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转。

blob.png

传祺GE3采用了液冷式永磁同步电机,由北京精进电机供应,该电机供应商也是北汽新能源的核心供应商。最大功率180马力(132kw),最大扭矩290Nm,该电机配备了一套纯电温控系统,具备低温加热、高温冷却的功能,在-30℃到50 ℃环境下,都能尽量确保动力的完整输出。

永磁同步电机与普通异步速电机相比,具有如下优势:

1、效率高

这里所说的效率高不仅仅指额定功率点的效率离于普通三相异步电机,而是指在整个调速范围内的平均效率。永磁同步电机的励磁磁场由永磁体提供,转子不需要励磁电流,电机效率提高,与异步电机相比,任意转速点均节约电能,尤其在转速较低的时候这种优势尤其明显。

2.启动转矩大

永磁同步电机一般也采用异步起动方式,由于永磁同步电机正常工作时转子绕组不起作用,在设计永磁电机时,可使转子绕组完全满足高起动转矩的要求。

blob.png

3.对电网的影响较小

因异步电机的功率因数低,电机要从电网中吸收大量的无功电流,造成电网变电设备及发电设备中有大量无功电流,进而使电网的品质因数下降,加重了电网及枪等变电设备及发电设备的负荷,同时无功电流在电网、变电设备及发电设备中均要消耗部分电能,造成电力电网效率变低,影响了电能的有效利用。

同样由于异步电机的效率低,要满足输出功率的要求,势必要从电网多吸收电能,进一步增加了能量的损失,加重了电网负荷。在永磁电机转子中无感应电流励磁,电机的功率因数高,提高了电网的品质因数使电网中不再需安装补偿器。同时,因永磁电机的高效率,也节约了电能。

4、体积小,重量轻

由于使用了高性能的永磁材料提供磁场,使得永磁电机的气隙磁场较感应电机大为增强,永磁电机的体积和重最较感应电机可以大大的缩小。例如11kW的异步电机重最为220kg,而永磁电机仅为92kg,相当于异步电机重量的45.8%。

blob.png

▌稀土永磁电机的技术瓶颈

1、控制问题

永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数,永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。

2、成本问题

由于稀土永磁目前价格还比较贵,稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高,这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。因此永磁电机适于小功率的场合。

3、退磁问题

稀土永磁电机对于工作环境要求比较苛刻,超过180℃的稀土永磁材料将出现不可逆的退磁和失效情况;在剧烈振动或温差较大的情况下容易出现断裂;材料容易氧化腐蚀,必须进行表面涂装才能使用;稀土永磁电机对于过载十分敏感,一旦过载将导致永磁材料的退磁。

同时,稀土永磁电机的电磁负荷很高,制成后磁场难以调节,其动力控制系统要比感应电机复杂得多。传统的电机设计理论、计算方法、电机控制系统都不能适应高性能电机的研制要求。

小电评:

目前全世界绝大多数的电动汽车采用的都是永磁同步电机,它才是电动车王国的真正主角,而交流异步电机则几乎是特斯拉的专利。

由于国内几乎所有的电动车都采用是永磁同步电机,尤其是比亚迪在这个领域的钻研比较深入,大家对于永磁同步电机的熟悉度会高很多。

目前自主品牌的纯电动车,用户对于电机的投诉比较少,永磁同步电机的起步加速能力、持续加速能力、电机工作的静谧性等各方面性能都得到广泛认可。再加上我国是稀土矿大国,获取稀土的成本相对较低,因此永磁同步电机在未来一定会有更加广阔的发展前景。

凡本网注明“来源:高工电动车”的所有作品,版权均属于高工电动车,转载请注明来源:“高工电动车”。违反上述 声明者,本网将追究其相关法律责任。 本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网 赞同其观点和对其真实性负责。