电动进程加速推动车载电机升级

电子发烧友网报道（文/李宁远）近几年来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术，以及电力电子技术，特别是大功率开关器件的发展，再加上国内高压、高速电机制造技术的提升，电机系统智能化的趋势越来越明显。
 
车载电机，作为电机重要的应用领域，随着汽车电动化进程的加速，在未来几年全球市场的增长率约为3.7%，其中车载无刷电机市场份额的增长最为明显。
 
电动进程加速拉动车载电机性能提升
 
汽车电动化进程加速和性能提升拉动了对无刷直流电机以及相关驱动IC的需求。现在的电动汽车不同应用中所需的电机性能各有差异，从HUD、EGR、BCF、EWP、EFP、HVAC到线控、车身稳定控制、防抱死、助力转向、启动发电一体各种应用对相关的读懂提出了各自的要求。
 
如果简单归纳车载电机的发展趋势，无外乎是高效率、低噪声、小型化和易用。首先是高效率，想要提高效率，通过公式我们清楚就是要降低电机过程中的损耗。普通车载电机的损耗主要源于三个方面，一是控制电路损耗，一般这部分的损耗比较小。值得关注的是，即便是电机不工作，控制电路一般也处于待机状态，它可能会影响到汽车驻车时电池的放电时间。
 
二是功率电路的损耗，这也是主要的损耗之一。这部分的损耗与功率器件的性能有关，降低导通电阻、优化开关是降低损耗的有效手段，想要实现这一目标优化功率器件材料和生产工艺是主要的应对方向。
 
第三部分电机本体的损耗也是主要的损耗来源，电机结构设计以及使用的材料是影响该损耗的主要因素。在这一部分降低损耗，降低绕线电阻、提高磁力、改善电磁板特性、控制磁场都是有效的办法，这些办法本质是调整材料工艺来降低损耗。或者另外的一种办法是，使用合理驱动方式，这也可以进一步改善该部分的损耗。
 
电机用量提升，噪声如何解决？
 
除了效率，使用者也越来越关注电机工作时的噪音。随着越来越多的电机应用到驾驶舱内，电机噪音也成了应用时考量的重要指标。电机的噪音主要也源于三个方面，一是工作状态下转子转动时轴承等机械部件摩擦产生的噪音。近些年随着轴承质量的不断提高和装配水平的提高，该部分噪音正在不断地改善。
 
另一方面，控制时定子线圈会产生电磁场变化，导致线圈会有微幅的震动，同样会产生噪声。这种噪声和PWM开关产生的噪声一样，属于电磁噪声。这要求电机线圈绕线时尽可能紧密均匀。当下越来越先进的自动化生产设备已经尽可能地保证了绕线质量，从而改善这部分的噪音。
 
另外，工作状态下，当控制的磁场不能与转子完全吻合时会产生转矩急剧波动，这会导致噪声的产生。同时周期性的转矩波动也可以引起电机本体的共振噪声，这需要电机结构设计与控制方式的不断改善，才能有效地降低这部分的噪声。
 
车载电机：小型与高效率
 
电机的小型化是未来发展的趋势，电机体积的减小可以节约空间，降低成本，但是这也会限制电机的最大输出。为了克服这一弊端，提高磁力或者灵活运用磁阻转矩进而优化转子，或者提高占空比系数优化电机参数，或者提高绕组系数都是行之有效的方法，目的也都是为了提高转矩。
 
为了尽可能提高效率，目前两种电流相位控制应用的较多，一是自动超前角控制，二是矢量控制。这是两种转矩最大的正弦波驱动。矢量控制实现起来复杂得多，对主控芯片的计算速度和精度都有比较高的需求，中大功率的电机，矢量控制方式会更有优势一些。
 
小结
 
车载电机应用中，电池散热风扇、HVAC鼓风机、冷却水泵、油泵的需求越来越大，同时为了提高舒适性，辅助驾驶、电动助力转向、随动大灯、散热座椅、智能中控台等辅助系统的应用对电机也提出了不少的需求。车载电机需求不断增长的同时，对电机驱动控制技术的要求也变得越来越高。