覃华山，李百宇，兰忠键，金卫
珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519070
摘要：永磁无刷直流电机采用的是永磁体转子，没有励磁损耗，也没有使用换向器、电刷等机械换向设备，具有能量密度高、可靠性好、输出扭矩大等优势，在国内外电动汽车领域有着较高的关注度。永磁无刷直流电机的控制技术与运行方式，对电动汽车整体性能的影响比较直接，因此，在电机控制器设计领域具有较强的影响力。
关键词：电动汽车、永磁无刷直流电机、控制器设计
引言：本文主要对电动汽车中所使用的永磁无刷直流电机控制器的设计进行分析与研究，在提倡低碳节能发展的社会背景之下，电动汽车已经成为了交通领域的一大重要发展方向，而无刷直流电动机作为电动汽车的主要驱动电机设备，是当下科技发展的重要研究对象。
1.永磁无刷直流电机概述
我们都知道，直流电机在调速性能方面具有良好的优势，比如调速范围，低速性能、控制技术、运行效率等方面的表现都非常优良。目前，国外已经研发出了很多种永磁电机，永磁无刷电机在实际运行方面更加的便捷，我国从上世纪七十年代开始研发永磁电机，在家用、农业等新型电器方面的发展成果较好，永磁电机在投入市场之后，反馈结果区域优良，尤其是在新能源汽车方面的应用上，永磁电机的市场需求还在持续上涨，无刷直流电机的性能优势决定了它在电动汽车领域的地位。美国有关调研结果中显示，每辆豪华轿车中，至少需要使用到几十个永磁电机，就是在一般的汽车中也需要使用到二十个永磁电机。而在环境问题日渐恶化的今天，汽车的使用量还在不断的扩张，而汽车生产上门也在不断提升汽车的节能性，要求汽车上所使用的电机性能必须良好，在电机运行效率方面也有相关的要求，并且在不断缩小汽车体积，防止汽车运行过程中产生过多的火花，降低噪音，延长汽车使用寿命，而这些性能在永磁无刷直流电机中都具备。这也是无刷直流电机能够在汽车领域得到长远发展的重要优势之一。在未来的几十年中，无刷直流电机的将会被广泛应用与电动汽车、电动摩托车等领域中。在专注节能环保事业的电动汽车领域只能怪永磁无刷直流电机的应用优势更是显著。
电动汽车中永磁无刷直流电机的应用具有非常多的优点，具体表现如下：
通过电子换向器的方式来获得直流电机的运行特性，提高电机的控制性能，拓宽调速范围；
通过电子多项你变驱动器和转子位置信息来实现信息传输；
从本质上来说，它还是属于交流电机，但是它并没有电刷、换向器，不会产生火花、或者对汽车造成磨损，运行可靠性高，使用寿命长，并且不需要经常进行维修；
通过永磁产生气隙磁场，有较高的运行功率，转子的损耗以及发热率较小，运行效率高；
有较强的再生自动能力。
电机结构相对比较简单，体积较少，生产成本较低；
与感应电机控制系统的设计相比而言，要相对简单一些，操作也比较便捷。永磁材料的研究成果在不断的提升，永磁电机的在节能、效率、性能等方面的优势也更加的明显。也由此使得永磁电机成为了电机研究领域的关键性技术。我国永磁材料的生产商较多，稀土资源非常丰富，这些都为永磁电机的发展提供了一个优良的平台，由此永磁无刷直流电机在我国得到了大力发展，促进了我国科技水平的提升，为人民的生活水平提升打下了坚实的好处，对现代化发展也有一定的现实意义。
2.电动汽车永磁无刷直流电机控制器设计分析
驱动系统
电动汽车电机驱动系统的组件通过蓄电池为电机的运行提供直流电源，然后在经过IGBT功率电路的转换之后将电源供给无刷直流电动机使用，系统采用脉宽调控的方式实现电机的调速控制。通过电流检测电路检测到的电流信号与力矩设定值实现PID运算，从而实现对PWM波的控制，然后利用脉宽宽度来实现电机运行速度的调控；位置传感器是永磁无刷直流电机运行过程中的一个非常重要的器件，可以用它来实现对转子磁极位置的检测，实现无接触换向，保障电机的稳定运行。
控制硬件电路设计
控制硬件电路结构大致分为两个部分，一部分是外围控制电路，另一部分是核心控制电路，核心控制电路的主要通过微处理器STM32来实现运行。
霍尔位置检测电路
永磁无刷直流电机的轮毂内部安装有一个磁敏式的霍尔位置传感器，该传感器的转子与电机的转子是同轴运行的，3个霍尔位置传感器是按照120°的机械角度在定子上安装的，主要用于检测电机转子的位置以及转动速度。
IR2110驱动电路
IR2110是双通道高压高速型功率开关器件，栅极驱动，具有自举浮动电源，驱动电路十分简单，只需要一路电源就可以同时驱动上、下桥臂.IR2110驱动模块,如图1所示。
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图1： IR2110驱动模块
保护电路
电动汽车的运行状况比较复杂，在电机启动的瞬间，电流会迅速增加，时间过长就会出现烧毁电机的情况，因为为了有效保障电机运行，需要为其设置相应的保护电路，包括过流保护（图2）和短路保护（图3）等。
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图3：短路保护电路
软件程序设计
作为一个智能化程度较高的控制器，软件程序是控制器设计中必不可少的一个部分，是体现控制器智能化特点的重要内容，控制器的软件功能模块的设计包括对PWM的生产设置，信号检测模块的设计，过载、过温、低压等保护软件的设计，通信模块的设计等。并且控制器在到达合理时间时，会自动更新。当控制器接收到外部指令时能立即响应，这样主循环或其他模块需要使用某检测量时可立即读取其对应的变量，而不需要等待,并且读取到的是最新的数据,使得主循环可以专注于数据处理与各种异常处理。
结束语：随着半导体技术与电子技术的不断进步与发展，永磁无刷直流电随之问世，它是一种集现代控制理论、电机技术与电力电子技术为一体的电机系统，并且在不断的研究和探索中，该系统已经逐渐趋于完善，目前已经被广泛应用进了各个领域中。
参考文献：
[1]吕丰. 永磁无刷直流电机调速控制系统的设计[D].广西科技大学,2019.
[2]王维强,曾晓松,夏茂树.电动汽车永磁无刷直流电机控制器设计[J].华侨大学学报(自然科学版),2019,40(01):20-25.