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IND4新能源丨永磁同步电机的优势

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我国2017年第一批新能源汽车推荐目录, 永磁同步电机占据优势:2017年1月23日,工信部发布《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(第1批),包括物流车36款、乘用车73款、客车76款,共计 185款车型,其中共有150款车型搭载了永磁同步电机,占比 81%;搭载交流异步电机的车型有33款车型,占比18%,永磁同步电机占据绝对市场优势。

由此可以看出,大部分车型选择永磁同步电机。虽然特斯拉采用的是异步电机,行业人士认为主要是出于成本因素和实际平均效率因素考虑,据悉,特斯拉Model 3将会采用永磁同步电机。可以说永磁同步电机在新能源汽车行业的崛起将会是大势所趋!根据信息采集,目前国外知名的车企,如宝马的Active Hybrid与i3,丰田Pruis IV与Leaf,特斯拉Model 3,本田Civic Hybrid,雪佛兰Volt等都采用永磁同步电机。

那么,到底是其中哪些优势成就了永磁同步电机在新能源汽车行业的崛起?笔者认为以下两点是其中的关键。

1、节能、效率高

a、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的,从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗(铜耗);异步感应电机由于单边励磁,产生单位转矩需要的电流较多,因此能耗较大。

b、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机,其在轻载时效率值要高很多,这是永磁同步电机在节能方面,相比异步电机最大的一个优势。因为通常电机在驱动负载时,很少情况是在满功率运行,这是因为:一方面用户在电机选型时,一般是依据负载的极限工况来确定电机功率,而极限工况出现的机会是很少的,同时,为防止在异常工况时烧损电机,用户也会进一步给电机的功率留有裕量;另一方面,设计者在设计电机时,为保证电机的可靠性,通常会在用户要求的功率基础上,进一步留一定的功率裕量,这样导致在实际运行的电机90%以上是工作在额定功率的70%以下,这样就导致电机通常工作在轻载区。对异步电机来讲,其在轻载时效率很低,而永磁同步电机在轻载区,仍能保持较高的效率,其效率要高于异步电机20%以上。

节能对于新能源汽车意义重大,一般而言永磁同步电机比异步电机节能20%以上,这也意味着在不增加电池组容量的情况下,同等车况下,采用同步电机的汽车可比采用异步电机的汽车续航里程适当增加。

2、小体积与轻量化

由于异步感应电机的转矩密度低于永磁同步电机,使得小体积、轻量化难以实现。而对于新能源汽车,尤其是混合动力汽车,小体积与轻量化至关重要。轻量化进一步实现了汽车的节能进而降低能耗、延长续航里程。小体积对于混合动力汽车至关重要,因为其除驱动电机系统外还有燃油驱动系统,体积过大会大大增加其汽车电路设计难度。

那么永磁同步电机何以能实现小体积与轻量化呢?

第一个原因:永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制,在电机配套系统允许的情况下,可以将电机的极数设计的更高,相应电机的体积可以做得更小。

第二个原因:电机效率的增高,相应地损耗降低,电机温升减小,则在采用相同绝缘等级的情况下,电机的体积可以设计的更小。

第三个原因:电机结构的灵活性,可以省去电机内许多无效部分,如绕组端部,转子端环等,相应体积可以更小。

不可否认,在新能源汽车行业,永磁同步电机相比于交流异步电机具有显著优势,但仍然存在着诸多问题亟待改善。下一篇中笔者将聚焦这些掣肘永磁同步电机发展的焦点问题。

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