Pumbaa 350KW 永磁同步馬達驅動裝置，適用於電動車 PML350

1. 扁線電機
• 電機繞組形式由圓線逐漸過渡到扁線，具有槽填充率高、端部短、功率密度高和散熱能力強等特徵。

2. 高壓絕緣設計
• 此馬達採用新型絕緣材料和工藝，以滿足SiC控制器對高速馬達高開關頻率的要求。

•3. 高速重載絕緣軸承
• 此馬達採用絕緣軸承設計，可滿足24000RPM/min的設計轉速要求；並且能夠有效抑制軸承電腐蝕的發生。

4. 油冷式電機
• 此馬達採用高速油冷結構，在降低體積的同時有效降低了額定功率，這不僅提高了效率，也延長了系統的使用壽命。

5. 出色的NVH性能
• 馬達轉子採用分段傾斜極結構，有效優化了馬達系統的噪音、振動與聲振粗糙度（NVH）。

永磁同步馬達（PMSM）是廣泛應用於電動車（EV）的永磁馬達。其效率比感應電機（IM）高15%，並且是牽引電機中功率密度最高的電機，已成為現代電動車驅動系統的基石。

1. 什麼是永磁同步馬達（PMSM）？

作為一種交流同步電機，永磁同步電機（PMSM）透過永久磁鐵產生正弦波反電動勢來形成磁場。雖然它與感應馬達共享定子和轉子結構，但PMSM的轉子使用永久磁鐵（PM）而不是勵磁繞組來產生磁場——因此它也被稱為「三相無刷永磁正弦波馬達」。
與傳統馬達相比，永磁同步馬達（PMSM）在效率、無刷設計、高轉速、安全性和動態性能方面表現出色。它們能提供平穩的扭力輸出和低噪音，使其成為機器人等高速應用的理想選擇。作為三相交流同步電機，它們與外部交流電源同步運行。

永磁同步馬達（PMSM）沒有轉子繞組；相反，永久磁鐵直接產生旋轉磁場。這省去了直流勵磁，簡化了結構並降低了成本。其核心部件包括定子（帶有三相繞組）和轉子（帶有永久磁鐵）。向定子供電即可啟動馬達運轉。

永磁同步馬達（PMSM）的工作原理與同步馬達類似：它依靠旋轉磁場（RMF）在同步轉速下感應出電動勢。當三相交流電施加到定子繞組時，會在氣隙中形成旋轉磁場。轉子上的永久磁鐵與該旋轉磁場同步旋轉，從而產生轉矩。值得注意的是，永磁同步馬達不具備自啟動能力，需要變頻電源才能運作。

2. 永磁同步馬達的結構

定子： 與傳統的交流感應馬達類似，永磁同步馬達的定子透過其繞組接收功率。這些繞組通常以接近正弦波的方式分佈在多個槽中，以產生正弦反電動勢波形。

轉子： 永磁同步馬達 (PMSM) 與普通同步馬達的區別在於其轉子設計。 PMSM 的轉子不使用勵磁繞組，而是利用永久磁鐵產生磁極。常用的永久磁鐵材料包括釤鈷和釹鐵硼 (NdFeB)，因為它們具有高磁導率和成本效益。 PMSM 根據永久磁鐵的位置進行分類：

·表面貼裝式永磁同步馬達（SPM）：永久磁鐵黏合在轉子表面。

·內建式永磁同步馬達（IPM）：永久磁鐵嵌入轉子內部。 IPM設計可提供顯著更高的效率。

（PMSM）

3. 永磁同步馬達的控制原理

永磁同步馬達驅動器採用經典的向量控制技術，可實現閉環速度控制，從而實現精確調速。此閉環系統利用速度回饋即時追蹤轉子位置，支援無段調速——包括零速時的全扭力輸出。

轉子軸上安裝有位置感知器（例如編碼器或旋轉變壓器），用於偵測轉子位置。驅動器利用馬達參數和電流測量值（由高速數位訊號處理器 (DSP) 處理）計算轉子位置。在每個採樣間隔內，三相交流系統被轉換為旋轉的二維座標系，其中電流被分解為直軸 (d) 和交軸 (q) 分量，以便進行獨立控制。

基於向量控制策略，此驅動器產生與目標轉矩一致的參考dq電流分量。這些參考電流分量隨後用於產生逆變器的閘極驅動訊號。其關鍵優勢在於快速的動態響應：轉矩和磁通量之間的耦合效應透過解耦控制（定子磁通定向）進行管理，從而實現轉矩和磁通的獨立調節。然而，這種高運算複雜度要求驅動器使用高速處理器或DSP。

4. 永磁同步馬達的優缺點

優勢：

·過載能力強；功率密度遠超感應馬達。

·效率更高（比感應馬達高 15%），尺寸更小（體積僅為傳統馬達的 1/3），簡化了安裝和維護。

·低速時即可輸出全部扭力。

·轉子銅損耗可忽略不計（無需通過定子電流勵磁），減少發熱並延長使用壽命。

·無刷設計取消了機械換向器，最大限度地減少了摩擦、磨損和維護成本，同時避免了在惡劣環境下產生火花的風險。

·高功率因數可提高系統整體效率並降低線路/壓降電壓。

·扭力輸出平順，動態性能優異。

缺點：

·與感應馬達相比，成本更高。

·非自啟動型；啟動時需變頻電源。

·需要複雜的控制系統來管理定子電流。

（馬達運轉中）

結論

永磁同步馬達（PMSM）憑藉其無與倫比的效率、高功率密度和卓越的動態性能，已成為電動車驅動系統的核心技術。 PMSM採用永磁勵磁，無需勵磁繞組和電刷，從而降低了損耗並提高了可靠性。同時，向量控制技術能夠獨立調節轉矩和磁通，從而實現零速全轉矩和快速響應等關鍵特性。

儘管永磁同步馬達（PMSM）面臨諸多挑戰——成本較高、無法自啟動以及控制系統複雜——但它們在電動車領域的統治地位依然不可動搖。其高效率（比感應馬達高15%）、緊湊的尺寸（體積僅為傳統馬達的三分之一）以及低速扭力保持能力，使其成為長續航、高性能電動車不可或缺的零件。

隨著稀土材料（例如釹鐵硼N52）、人工智慧驅動的控制演算法（例如模型預測控制）以及800V高壓平台的普及，永磁同步馬達（PMSM）將持續發展，不斷優化成本、性能和永續性。展望未來，PMSM將鞏固其作為電動車「動力核心」的地位，推動產業創新並協助實現全球碳中和目標。