电动汽车拆解感应马达构造及控制十分简单

电动汽车拆解感应马达构造及控制十分简单构造及控制十分简单

由于现有的大多数EV、HEV都采用永久磁铁式马达构造，因此，是利用转子与定子之间磁力线吸引及排斥的作用力使转子旋转的。为了使转子顺畅地旋转，必须采用角度传感器，根据转子的旋转角对流入每个定子的电流量及方向进行精细控制。如果通入定子的电流的方向及电流量不恰当，有时转子的旋转便会停止。

而如果是感应马达，则与转子的旋转无关，仅依靠定子产生旋转磁场（将定子产生的磁力线位置改为旋转方向）即可。即使没有角度传感器也能使马达工作，与永久磁铁式马达相比，驱动更加容易。

感应马达的转子方面，在叠层钢板的内部有非磁性体的导体。这种导体采用铝及铜等材料。永久磁铁式马达的转子中有永久磁铁，而在感应马达中，则替代为了非磁性体的导体。

非磁性体即使被施加了磁力线，自身也不会发生磁化。就是说，即使非磁性体靠近磁铁，吸引力也不产生作用，但会产生涡电流。此次东海大学开发的马达在导体中采用了铝及铜之类的非磁性体，如果从沿直角方向从定子向转子通入磁力线，则根据电磁感应原理，在转子中会产生涡电流及作用力，转子由此便会旋转（图4）。

图4：转子旋转的原理

根据弗莱明左手定理，转子发生旋转。接到来自定子的磁力线后，转子中产生涡电流。如果磁力线及电流发生在导体中，则会在转子旋转的方向上产生作用力。

感应马达的构造方面，虽然定子与驱动用马达系统相同，但转子是自主开发的。转子主要由多根线棒（bar）以及2个圆环构成，这种结构称为笼型（图5）。如果从定子向转子通入磁力线，则在相邻的2根线棒以及2个圆环所围成的闭合电路中会产生涡电流。此时，根据电磁感应原理，会在转子上产生作用力，于是转子开始旋转。

图5：笼型结构的导体（转子内部）

感应马达的转子的基本结构为笼型。轴向的两端为圆周状，在轴向上配置了多根线棒。如果从①定子向转子（笼型结构）通入磁力线，则会产生②涡电流，③转子上产生作用力，从而发生旋转。

由于笼型结构中棒的两端被圆环的部件固定住了，因此，在较高转速下也很容易确保线棒的强度。以往的永久磁铁式马达没有将嵌入转子中的磁铁在轴向的两端进行固定。因此，必须能在高转速下降低磁铁向外周方向飞出的离心力，但如果是感应马达，旋转时的应力则可降低。

利用SMC提高线圈的容积率为了提高感应马达的性能，东海大学的试制机在定子的磁芯中没有采用以往的叠层钢板（图6），而采用了SMC（软磁性复合材料）。采用SMC磁芯，能扩大与转子相对的磁极的面积。即使在通入相同的磁力线时，采用面积较大磁极的马达具有可减少磁芯中损耗的优点。SMC磁芯由缠绕线圈的楔齿（Teeth）、及其外径一侧的轭铁构成（图7）。这些部件分别用模具成型，用粘接剂组装在一起。

图6：市售的感应马达

定子的磁芯为叠层钢板。由于是将叠层钢板成型后再嵌入线圈，因而每个插槽的磁芯面积的扩大存在着限制。图7：此次开发的定子的磁芯

（a）以往的感应马达磁芯采用的是叠层钢板，而此次东海大学则采用了SMC（软磁性复合材料）。如果用SMC来成型，则可将定子的磁芯分成中心轴一侧的楔齿以及外侧的轭铁进行成型。（b）如果将楔齿组装成圆状并配置线圈，最后组装上轭铁，则可提高定子上配置的线圈的容积率，从而提高马达的性能。

在采用以往的叠层钢板时，由于要考虑插入线圈的工序，因而必须扩大楔齿间隔。如果是SMC磁芯，由于是在楔齿间插入线圈，最后组装轭铁，因此可以将定子的楔齿间隔设计得比较窄。

为了提高效率，感应马达的定子不采用集中卷绕，而采用分布卷绕（图8）方式。这是因为，线圈产生的磁力线的强度虽然呈脉冲波形，但脉冲波与正弦波曲线之间的差分会变成损耗。

在分布卷绕方式下，由于中央的转子线棒所产生的磁力线为多个脉冲波累积后的值，因而可缩小与正弦波曲线之间的差分。最后，给大家看一下感应马达的转子磁芯，其中，笼型结构的导体由铝及铜质材料制成（图9）。（特约撰稿人：森本雅之，东海大学工程学系电气电子工程学专业教授）

图8：感应马达采用分布卷绕的理由

（a）集中卷绕（磁力线为4极时）及（b）分布卷绕（磁力线为4极时）。虽然所产生的磁力线为脉冲状，但如果与正弦波的差分面积小，则损