如图3-8、图3-9所示,永磁同步电机由定子和转子两大部分组成。定子由定子铁芯与定子绕组组成。定子绕组由3 组绕组,相隔120° 电角度间隔嵌入到定子铁芯的线槽中。定子由转子轴、转子铁芯及永久磁铁组成,若干个永久磁铁镶嵌在转子铁芯上,如图3-10所示,相邻的2个磁铁的极性相反。
图3-8 永磁同步电机的分解图
图3-9 永磁同步电机的解剖图
图3-10 定子总成与转子总成实物图
在电机的转轴末端上还安装有转子位置传感器,也称之为旋变传感器,在电机上一般都装有温度传感器,用于测量电机的工作温度,如图3-11所示。
图3-11 旋变传感器和温度传感器
永磁式同步电机要正常旋转,需要一套电路为之工作,图3-12是一个基本组成部分。
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图3-12 永磁式同步电机驱动电路
(1)逆变器将高压直流电转换成三相交流电,分别输入到对应的三相定子绕组中,在定子铁芯的强化下,形成强力的旋转磁场,如图3-13所示。
图3-13 旋转磁场的产生
(2)转子铁芯上由钕铁硼磁材料制成的永磁体,在转子形成的旋转磁场带动下,同步旋转,如图3-14所示。
图3-14 转子跟随旋转示意图
电机输出功率与形成旋转的磁场的定子电流有关,同时也与转子铁芯上永磁体磁场强度有关。使用稀土材料制成的记磁体,可以做到体积小、磁场强的特点,因此永磁同步电机的能量密度要大于交流异步电机。我国是世界稀土含量非常大的国家,所以电动汽车的驱动电机大量采用永磁式同步电机。
(3)位置传感器将转子的位置信号电平反馈给控制芯片,控制芯片经过电流采样和数学变换,并根据反馈的位置信息经过闭环运算,重新按新的PWM占空比输出,来触发功率器件(IGBT),实际上逆变器是自控的,由自身运行来保证电机的转速和电流输入频率同步,并避免震荡和失步的发生。
(4)当汽车制动时,逆变器不再向定子绕组供电,定子不产生旋转磁场,转子在车轮的带动下仍然持续转动,在定子绕组中将产生的三相交变电流,由电路整流后可以向高压蓄电池充电,实现能量回收的目的。
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