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電子發燒友網報道（文/李寧遠）近幾年來，隨著永磁新材料、微電子技術、自動控制技術，以及電力電子技術，特別是大功率開關器件的發展，再加上國內高壓、高速電機制造技術的提升，電機系統智能化的趨勢越來越明顯。


車載電機，作為電機重要的應用領域，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驅動IC的需求。現在的電動汽車不同應用中所需的電機性能各有差異，從HUD、EGR、BCF、EWP、EFP、HVAC到線控、車身穩定控制、防抱死、助力轉向、啟動發電一體各種應用對相關的讀懂提出了各自的要求。


如果簡單歸納車載電機的發展趨勢，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。值得關注的是，即便是電機不工作，控制電路一般也處于待機狀態，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，降低導通電阻、優化開關是降低損耗的有效手段，想要實現這一目標優化功率器件材料和生產工藝是主要的應對方向。


第三部分電機本體的損耗也是主要的損耗來源，電機結構設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，這些辦法本質是調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，使用者也越來越關注電機工作時的噪音。隨著越來越多的電機應用到駕駛艙內，電機噪音也成了應用時考量的重要指標。電機的噪音主要也源于三個方面，一是工作狀態下轉子轉動時軸承等機械部件摩擦產生的噪音。近些年隨著軸承質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生電磁場變化，導致線圈會有微幅的震動，同樣會產生噪聲。這種噪聲和PWM開關產生的噪聲一樣，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設備已經盡可能地保證了繞線質量，從而改善這部分的噪音。


另外，工作狀態下，當控制的磁場不能與轉子完全吻合時會產生轉矩急劇波動，這會導致噪聲的產生。同時周期性的轉矩波動也可以引起電機本體的共振噪聲，這需要電機結構設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展的趨勢，電機體積的減小可以節約空間，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矩進而優化轉子，或者提高占空比系數優化電機參數，或者提高繞組系數都是行之有效的方法，目的也都是為了提高轉矩。


為了盡可能提高效率，目前兩種電流相位控制應用的較多，一是自動超前角控制，二是矢量控制。這是兩種轉矩最大的正弦波驅動。矢量控制實現起來復雜得多，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勢一些。


小結


車載電機應用中，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、電動助力轉向、隨動大燈、散熱座椅、智能中控臺等輔助系統的應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，對電機驅動控制技術的要求也變得越來越高。