4．永磁磁阻同步電動機
    1）永磁磁阻同步電動機的結(jié)構(gòu)
    永磁磁阻同步電動機是將永久磁鐵取代他勵同步電動機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組，將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，形成同步旋轉(zhuǎn)的磁極。電動機的定子與普通同步電動機兩層六極永磁磁阻同步電動機的定子和轉(zhuǎn)子一樣，如圖46所示，轉(zhuǎn)子上不再用勵磁繞組、集電環(huán)和電刷等來為轉(zhuǎn)子輸入勵磁電流，輸入定子的是三相正弦波電流，這種電動機稱為永磁磁阻同步電動機。永磁磁阻同步電動機具有高效率（達97%）和高比功率（遠遠超過1 kW/kg）的優(yōu)點。輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量比都大于相類似的三相感應電動機。在高速轉(zhuǎn)動時有良好的可靠性，平穩(wěn)工作時電流損耗小，永磁磁阻電動機在材料的電磁性能、磁極數(shù)量、磁場衰退等多方面的性能都優(yōu)于其他種類的電動機，工作噪聲也低。

    在同步電動機的軸上裝置轉(zhuǎn)子位置傳感器和速度傳感器，它們產(chǎn)生的信號是驅(qū)動控制器的輸入信號。永磁磁阻同步電動機具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、性能更加可靠、結(jié)構(gòu)更加簡單、體積小的優(yōu)點。與相同功率的其他類型的電動機相比較，更加適合作為EV、FCEV和混合動力汽車的驅(qū)動電動機。
    永磁磁阻電動機為了增加電動機的轉(zhuǎn)矩，采用增加q軸磁阻與d軸磁阻之差，來獲得更大的磁阻轉(zhuǎn)矩，因此采用多層的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖47所示，有單層、雙層、3層和10層等，用于優(yōu)化轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子的層數(shù)增加，Lq-Ld也增大，但增加層數(shù)超過3層，Lq-Ld變化不大，一般為2～3層。

    2）永磁磁阻同步電動機的控制系統(tǒng)
    永磁磁阻同步電動機采用了帶有矢量變換電路的逆變器系統(tǒng)來控制，其控制系統(tǒng)由直流電源、電容器、三相絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變器、永磁同步電動機（PSM）、電動機轉(zhuǎn)軸位置檢測器（PS）、速度傳感器、電流檢測器、驅(qū)動電路和其他一些元件等共同組成。
    微處理器控制模塊中包括乘法器、矢量變換電路、弱磁控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電流控制系統(tǒng)、PWM發(fā)生器等主要電子器件，PWM逆變器的作用是將直流電經(jīng)過脈寬調(diào)制變?yōu)轭l率及電壓可變的交流電，電壓波形有正弦波或方波。
    （1）轉(zhuǎn)子位置檢測器根據(jù)檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號和矢量變換電路發(fā)出的控制信號，共同通過電流分配信號發(fā)生器來對轉(zhuǎn)子位置信號進行調(diào)節(jié)，產(chǎn)生電流分配信號，將信號分別輸入A、B乘法器中。
    （2）速度傳感器、速度變換電路和速度調(diào)節(jié)器，對電動機的運行狀態(tài)進行判別和處理，將電動機的運行狀態(tài)信號分別輸入A、B乘法器中。
    （3）控制驅(qū)動器采用不同的控制方法，由電流分配信號發(fā)生器和速度調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)提供信號，經(jīng)過乘法器邏輯控制單元的計算后產(chǎn)生控制信號，并與電流傳感器輸入的電流信號，共同保持轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流之間的確定關(guān)系，將電流頻率和相位變換信號，分別輸入各自獨立的電流調(diào)節(jié)器中，然后輸出到PWM．發(fā)生器中，控制逆變器換流IGBT開關(guān)元件的通斷，完成脈寬調(diào)制，為永磁同步電動機提供正弦波形的三相交流電，同時控制定子繞組的供電頻率、電壓和電流的大小，使永磁同步電動機產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩和對永磁同步電動機進行調(diào)速控制。
    （4）系統(tǒng)的給定量是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小，系統(tǒng)可以根據(jù)不同的給定速度運行，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度也較高。
    根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子位置檢測器測得的轉(zhuǎn)子的正方向轉(zhuǎn)角θ位置的信號DA、DB、DC，使分別屬于上橋臂和下橋臂的兩只開關(guān)元件導通，而且只有在下橋臂的開關(guān)元件受控于PWM狀態(tài)時，電動機處于電動狀態(tài)運轉(zhuǎn)。
    根據(jù)電動機轉(zhuǎn)軸位置檢測器得到的轉(zhuǎn)子反方向轉(zhuǎn)動的信號DA’、DB’、DC’時，分別屬于上橋臂和下橋臂的6只開關(guān)元件按周期規(guī)律交替導通，在每個周期中每只開關(guān)元件輪流導通工作60°電角度，PWM處于脈寬調(diào)制狀態(tài)時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)運轉(zhuǎn)。
    永磁磁阻同步電動機的控制系統(tǒng)如圖48所示。

    3）永磁磁阻同步電動機的機械特性
    永磁磁阻同步電動機在牽引控制中采用矢量控制方法，在額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩運轉(zhuǎn)時，使定子電流相位領(lǐng)先一個β角，這樣，一方面可增加電動機的轉(zhuǎn)矩，另一方面由于β角領(lǐng)產(chǎn)生的弱薄作用，使電動機額定轉(zhuǎn)速點增高，從而增大了電動機在恒轉(zhuǎn)矩運轉(zhuǎn)時的調(diào)速范圍，如β角繼續(xù)增加電動機將運行在恒功率狀態(tài)。永磁磁阻同步電動機能夠?qū)崿F(xiàn)反饋制動。如圖49所示為永磁磁阻同步電動機的機械特性曲線。

    5．永磁電動機的特點
    由于永磁電動機的轉(zhuǎn)子上無繞組，無銅耗，磁通量小，在低負荷時鐵損很小，因此，永磁電動機具有較高質(zhì)量功率，比其他類型的電動機有更高的工作頻率，更大的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)較小，電動機的動態(tài)特性好，極限轉(zhuǎn)速和制動性能等都優(yōu)于其他類型的電動機。永磁電動機定子繞組是主要的發(fā)熱源，其冷卻系統(tǒng)比較簡單。
    在混合動力汽車上，一般要求電動機的輸出功率保持恒定，即電動機的輸出功率不隨轉(zhuǎn)速增加而變化，這就要求電動機在轉(zhuǎn)速增加時，電壓保持恒定，對一般電動機可以用調(diào)節(jié)勵磁電流來控制，而永磁電動機由于其磁場產(chǎn)生恒定的磁通量，隨著電流量的增加，電動機的轉(zhuǎn)矩與電流成正比增加，因此，基本上擁有最大的轉(zhuǎn)矩。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，電動機的功率也增加，同時電壓隨之增加。永磁電動機磁場的磁通量調(diào)節(jié)起來是比較困難的，因此需要采用磁場控制技術(shù)來實現(xiàn)，這使得永磁電動機的控制系統(tǒng)變得更復雜，而且增加了成本。
    永磁電動機受到永磁材料制造工藝的影響和限制，使得永磁電動機的功率范圍較小，最大功率僅數(shù)十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，可能會使導磁性能下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，因而降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞永磁電動機，在使用中必須嚴格控制其不發(fā)生過載，永磁電動機在恒功率模式下，操縱較復雜，永磁電動機和三相感應式電動機同樣需要一套復雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁電動機的控制系統(tǒng)造價也很高，最新研制和開發(fā)的混合勵磁永磁磁阻同步電動機使永磁磁阻同步電動機的控制性能得較大的改進。
    美國和日本在永磁磁阻同步電動機研發(fā)方面居領(lǐng)先地位，正在開發(fā)的新型永磁磁阻同步電動機有：帶輔助磁極的永磁磁阻同步電動機、爪形結(jié)構(gòu)的永磁磁阻同步電動機PMHM（Permanent Magnet Hybrid Motor）和混合勵磁型永磁磁阻同步電動機HSY （Hybrid Synchronous Motor）等新型永磁同步電動機。

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