新能源汽車具有環保、節約
、簡單三大優勢。在純電動汽車上體現尤為明顯：以電動機代替燃油機，由電機驅動而無需自動變速箱。相對於自動變速箱
，電機結構簡單、技術成熟
、運行可靠。

 

傳統的內燃機能高效產生轉矩時的轉速限製在一個窄的範圍內，這就是為何傳統內燃機汽車需要龐大而複雜的變速機構的原因；而電動機可以在相當寬廣的速度範圍內高效產生轉矩，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。

 

yuhunhedongliqichexiangbi，chundiandongcheshiyongdanyidiannengyuan，diankongxitongdadajianshaoleqicheneibujixiechuandongxitong

，jiegougengjianhua，yejiangdilejixiebujianmocadaozhidenengliangsunhaojizaoyin，jieshengleqicheneibukongjian、重量。電機驅動控製係統是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構
，驅動電機及其控製係統是新能源汽車的核心部件（電池、電機
、電控）之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標
，它是電動汽車的重要部件。

 

電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV和純電動汽車EV三(san)大(da)類(lei)都(dou)要(yao)用(yong)電(dian)動(dong)機(ji)來(lai)驅(qu)動(dong)車(che)輪(lun)行(xing)駛(shi)，選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)是(shi)提(ti)高(gao)各(ge)類(lei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)性(xing)價(jia)比(bi)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)，因(yin)此(ci)研(yan)發(fa)或(huo)完(wan)善(shan)能(neng)同(tong)時(shi)滿(man)足(zu)車(che)輛(liang)行(xing)駛(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)各(ge)項(xiang)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)，並(bing)具(ju)有(you)堅(jian)固(gu)耐(nai)用(yong)、造價低、效能高等特點的電動機驅動方式顯得極其重要。

 

qudongdianjixitongshixinnengyuanchesandahexinbujianzhiyi。dianjiqudongkongzhixitongshixinnengyuanqichecheliangxingshizhongdezhuyaozhixingjiegou

，qiqudongtexingjuedingleqichexingshidezhuyaoxingnengzhibiao，tashidiandongqichedezhongyaobujian。diandongqichedezhenggequdongxitongbaokuodiandongjiqudongxitongyuqijixiechuandongjigoulianggebufen。dianjiqudongxitongzhuyaoyoudiandongji、功率轉換器

、控製器
、各種檢測傳感器以及電源等部分構成
，結構如下圖2所示。電動機一般要求具有電動
、發電兩項功能
，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關磁阻等幾種電動機，如圖3。功率轉換器按所選電機類型
，有 DC/DC 功率變換器、DC/AC 功率變換器等形式
，其作用是按所選電動機驅動電流要求
，將蓄電池的直流電轉換為相應電壓等級的直流、交流或脈衝電源。

 

電(dian)機(ji)是(shi)應(ying)用(yong)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)原(yuan)理(li)運(yun)行(xing)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)電(dian)磁(ci)機(ji)械(xie)，用(yong)於(yu)實(shi)現(xian)電(dian)能(neng)向(xiang)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)轉(zhuan)換(huan)。運(yun)行(xing)時(shi)從(cong)電(dian)係(xi)統(tong)吸(xi)收(shou)電(dian)功(gong)率(lv)，向(xiang)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)輸(shu)出(chu)機(ji)械(xie)功(gong)率(lv)。電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)由(you)電(dian)機(ji)
、控製器（逆變器）構成，驅動電機和電機控製器所占的成本之比約為1:1
，根gen據ju設she計ji原yuan理li與yu分fen類lei方fang式shi的de不bu同tong，電dian機ji的de具ju體ti構gou造zao與yu成cheng本ben構gou成cheng也ye有you所suo差cha異yi。電dian機ji的de控kong製zhi係xi統tong主zhu要yao起qi到dao調tiao節jie電dian機ji運yun行xing狀zhuang態tai，使shi其qi滿man足zu整zheng車che不bu同tong運yun行xing要yao求qiu的de目mu的de。針zhen對dui不bu同tong類lei型xing的de電dian機ji
，控kong製zhi係xi統tong的de原yuan理li與yu方fang式shi有you很hen大da差cha別bie。

 

圖 2 電動機驅動係統的基本組成框圖

 

圖3 電機的分類（按原理）

 

 

比較四種常用電機驅動係統的應用以及優缺點等。

 

1.電動汽車電機的基本要求有以下幾點：

 

（1）電機結構緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限
，必須根據具體產品進行特殊設計。

 

（2）zhongliangqing，yijianqingcheliangdezhengtizhongliang。yingjinliangcaiyonglvhejinwaike，tongshizhuansuyaogao，yijianqingzhengchedezhiliang，zengjiadianjiyuchetideshipeixing
，kuodachetikeliyongkongjian
，congertigaochengzuodeshushixing。

 

（3）可靠性高
、失效模式可控
，以保證乘車者的安全。

 

（4）提供精確的力矩控製
，動態性能較好。

 

（5）效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉速和轉矩範圍內都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續駛裏程。

 

（6）成本低

，以降低車輛生產的整體費用。

 

（7）調速範圍寬。應包括恒轉矩區和恒功率區
，低速運行輸出的恒定轉矩大，以滿足汽車快速啟動、加速
、負荷爬坡等要求；高速運行輸出恒定功率，有較大的調速範圍，以滿足平坦的路麵、超車等高速行駛的要求。

 

（8）瞬時功率大，過載能力強。要保證汽車具有4~5倍的過載能力

，以滿足短時內加速行駛與最大爬坡的要求。

 

（9）環境適應性好。要適應汽車本身行駛的不同區域環境，即使在較惡劣的環境中也能夠正常工作，具有良好的耐高溫
、耐潮濕性能。

 

（10）製動再生效率高。在汽車減速時
，能夠實現反饋製動
，將能量回收並反饋回電池，使得電動汽車具有最佳能量利用率。

 

（11）其他。結構簡單，價格低廉，適合大批量生產，運行時噪聲低，使用維修方便。

 

（12）與一般工業用電機不同，用於汽車的驅動電機應具有調速範圍寬
、起動轉矩大、後備功率高、效率高的特性
，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結構簡單、成本低
、維護簡單、適合大規模生產等。未來我國電動汽車用驅動電機係統將朝著永磁化、數字化和集成化方向發展。

 

2

、異步電動機（感應電動機）在新能源汽車中的應用

 

（1）異步電動機介紹

 

感應電動機又稱“異步電動機”
，即轉子置於旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而轉子轉動。 zhuanzishikezhuandongdedaoti，tongchangduochengshulongzhuang。dingzishidiandongjizhongbuzhuandongdebufen
，zhuyaorenwushichanshengyigexuanzhuancichang。xuanzhuancichangbingbushiyongjixiefangfalaishixian。ershiyijiaoliudiantongyushuduidiancitiezhong，shiqicijixingzhixunhuangaibian
，guxiangdangyuyigexuanzhuandecichang。zhezhongdiandongjibingbuxiangzhiliudiandongjiyoudianshuahuojidianhuan，yijusuoyongjiaoliudiandezhongleiyoudanxiangdiandongjihesanxiangdiandongji。

 

（2）異步電動機的特點

 

異步電動機有下麵的優點：結構緊湊、堅固耐用
；運行可靠、維護方便；價格低廉，體積小
、質量輕；環境適應性好；轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)低(di)
，噪(zao)聲(sheng)低(di)。交(jiao)流(liu)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)成(cheng)本(ben)低(di)而(er)且(qie)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)
，逆(ni)變(bian)器(qi)即(ji)便(bian)損(sun)壞(huai)而(er)產(chan)生(sheng)短(duan)路(lu)時(shi)也(ye)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)，所(suo)以(yi)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)急(ji)刹(sha)車(che)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。因(yin)此(ci)
，廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)大(da)型(xing)高(gao)速(su)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)。三(san)相(xiang)籠(long)型(xing)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)功(gong)率(lv)容(rong)量(liang)覆(fu)蓋(gai)麵(mian)很(hen)廣(guang)，從(cong)零(ling)點(dian)幾(ji)瓦(wa)到(dao)幾(ji)千(qian)瓦(wa)。它(ta)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)空(kong)氣(qi)冷(leng)卻(que)或(huo)液(ye)體(ti)冷(leng)卻(que)方(fang)式(shi)，冷(leng)卻(que)自(zi)由(you)度(du)高(gao)、對環境的適應性好

，並且能夠實現再生製動。與同樣功率的直流電動機相比較
，效率較高、重量約要輕一半左右。

 

同時它有下麵的缺點：功率因數低，運行時必須從電網吸收無功電流來建立磁場
；控製複雜，易受電機參數及負載變化的影響

；轉子不易散熱
；調速性能差，調速範圍窄。

 

優勢分析：新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)專(zhuan)用(yong)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)
，通(tong)過(guo)從(cong)電(dian)池(chi)中(zhong)獲(huo)取(qu)有(you)限(xian)的(de)能(neng)量(liang)產(chan)生(sheng)動(dong)作(zuo)
，所(suo)以(yi)要(yao)求(qiu)其(qi)在(zai)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)效(xiao)率(lv)都(dou)要(yao)很(hen)好(hao)。因(yin)而(er)
，在(zai)性(xing)能(neng)上(shang)要(yao)求(qiu)比(bi)一(yi)般(ban)工(gong)業(ye)用(yong)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)。適(shi)合(he)作(zuo)為(wei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)專(zhuan)用(yong)的(de)電(dian)機(ji)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)幾(ji)個(ge)特(te)性(xing)：由高速化而生的小型輕量化（堅固性）、高效性（一次充電後的續駛裏程長）、低速大轉矩情況下的大範圍內的恒定輸出特性
、壽命長以及高可靠性
、低噪聲性和成本低廉。 但是現實中全部滿足以上幾個特性的電機還未被開發出來。目前更適於新能源汽車的電機是交流異步電機和PM電動機。

 

（3）異步電動機的控製係統

 

由you於yu交jiao流liu三san相xiang感gan應ying電dian機ji不bu能neng直zhi接jie使shi用yong直zhi流liu電dian，因yin此ci需xu要yao逆ni變bian裝zhuang置zhi進jin行xing轉zhuan換huan控kong製zhi。新xin能neng源yuan汽qi車che減jian速su或huo製zhi動dong時shi，電dian機ji處chu在zai發fa電dian製zhi動dong狀zhuang態tai，給gei蓄xu電dian池chi充chong電dian
，實shi現xian機ji械xie能neng轉zhuan換huan為wei電dian能neng。在zai新xin能neng源yuan汽qi車che上shang，由you功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian構gou成cheng的de PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調節的交流電。三相異步電動機逆變器的控製方法主要有 V/f恒定控製法、轉差率控製法
、矢量控製法和直接轉矩控製法（DTC）。20世紀90年代以前主要使用前兩種控製方式，但是因轉速控製範圍小，轉矩特性不理想，而對於需頻繁起動
、加減速的電動車並不適合。現在
，後兩種控製方式目前處於主流的地位。

 

（4）異步電動機的應用現狀

 

在(zai)美(mei)國(guo)

，異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)應(ying)用(yong)的(de)較(jiao)多(duo)
，這(zhe)也(ye)被(bei)人(ren)為(wei)是(shi)和(he)路(lu)況(kuang)有(you)關(guan)。在(zai)美(mei)國(guo)，高(gao)速(su)公(gong)路(lu)已(yi)經(jing)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)規(gui)模(mo)，除(chu)了(le)大(da)城(cheng)市(shi)外(wai)，汽(qi)車(che)一(yi)般(ban)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)高(gao)速(su)持(chi)續(xu)行(xing)駛(shi)，所(suo)以(yi)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)高(gao)速(su)運(yun)轉(zhuan)而(er)且(qie)在(zai)高(gao)速(su)時(shi)有(you)較(jiao)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。在(zai)我(wo)國(guo)，隨(sui)著(zhe)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)規(gui)模(mo)的(de)發(fa)展(zhan)，交(jiao)流(liu)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)。

 

3、永磁無刷電動機在新能源汽車中的應用

 

隨著近些年來電力電子技術、微電子技術
、微型計算機技術、稀土永磁材料、chuanganqijishuyudianjikongzhililundekuaisufazhan
，shidejiaoliuqudongjishuzhujianchengshu。xiangbiyuxianyouchuanlihuozhebingliyoushuazhiliudianjiqudongxitong
，yongciwushuadianjiyongyougonglvmiduda、體積小
、效率高、結構簡單牢固、易於維護等優點
，且采用永磁無刷電機作為驅動元件的電動汽車驅動係統運行和維護成本較低 ；采用全數字化和模塊化結構設計
，使得驅動器接口靈活，控製能力更強，操作更加舒適
；應用能量回饋製動技術，可以減少刹車片的磨損，同時又增加汽車續駛裏程。

 

因此

，基於電動汽車市場發展需要和技術現狀
，設計開發可靠、低成本、性能優良的全數字化電動汽車永磁無刷電機驅動係統
，對於電動汽車產業的發展有著重要的現實意義。

 

（1）永磁同步電動機簡介

 

在(zai)電(dian)機(ji)內(nei)建(jian)立(li)進(jin)行(xing)機(ji)電(dian)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)氣(qi)隙(xi)磁(ci)場(chang)有(you)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)。一(yi)種(zhong)是(shi)在(zai)電(dian)機(ji)繞(rao)組(zu)內(nei)通(tong)電(dian)流(liu)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)既(ji)需(xu)要(yao)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)繞(rao)組(zu)和(he)相(xiang)應(ying)的(de)裝(zhuang)置(zhi)，又(you)需(xu)要(yao)不(bu)斷(duan)供(gong)給(gei)能(neng)量(liang)以(yi)維(wei)持(chi)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)
，例(li)如(ru)普(pu)通(tong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)和(he)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)。另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)由(you)永(yong)磁(ci)體(ti)來(lai)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)既(ji)可(ke)簡(jian)化(hua)電(dian)機(ji)結(jie)構(gou)，又(you)可(ke)節(jie)約(yue)能(neng)量(liang)。由(you)永(yong)磁(ci)體(ti)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)的(de)電(dian)機(ji)就(jiu)是(shi)永(yong)磁(ci)電(dian)機(ji)。

 

它(ta)利(li)用(yong)永(yong)磁(ci)體(ti)建(jian)立(li)勵(li)磁(ci)磁(ci)場(chang)的(de)同(tong)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)，其(qi)定(ding)子(zi)產(chan)生(sheng)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang)，轉(zhuan)子(zi)用(yong)永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)。同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)為(wei)了(le)實(shi)現(xian)能(neng)量(liang)的(de)轉(zhuan)換(huan)，需(xu)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)直(zhi)流(liu)磁(ci)場(chang)而(er)產(chan)生(sheng)這(zhe)個(ge)磁(ci)場(chang)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)，稱(cheng)為(wei)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)。根(gen)據(ju)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)的(de)供(gong)給(gei)方(fang)式(shi)，凡(fan)是(shi)從(cong)其(qi)它(ta)電(dian)源(yuan)獲(huo)得(de)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)的(de)發(fa)電(dian)機(ji)

，稱(cheng)為(wei)他(ta)勵(li)發(fa)電(dian)機(ji)，從(cong)發(fa)電(dian)機(ji)本(ben)身(shen)獲(huo)得(de)勵(li)磁(ci)電(dian)源(yuan)的(de)
，則(ze)稱(cheng)為(wei)自(zi)勵(li)發(fa)電(dian)機(ji)。

 

（2）永磁同步電動機的特點

 

永磁同步電動機有以下優點：功率因數大，效率高，功率密度大；結構簡單、便於維護

，使用壽命較長、可靠性高
；調速性能好，精度高；具有良好的瞬時特性，轉動慣量低
， 響應速度快；頻率高，輸出轉矩大，極限轉速和製動性能優於其他類型的電機

；采用電子功率器件作為換向裝置
，驅動靈活
，可控性強；形狀和尺寸靈活多樣，便於進行外形設計；采用稀土永磁材料後電機的體積小、質量輕。

 

但是永磁同步電動機也有以下缺點：電機造價較高；在恒功率模式下，操縱較為複雜
，控製係統成本較高
；弱磁能力差，調速範圍有限；功率範圍較小
，受磁材料工藝的影響和限製，最大功率僅為幾十千瓦；低速時額定電流較大，損耗大
，效率較低；永磁材料在受到振動
、高(gao)溫(wen)和(he)過(guo)載(zai)電(dian)流(liu)作(zuo)用(yong)時(shi)，其(qi)導(dao)磁(ci)性(xing)能(neng)可(ke)能(neng)會(hui)下(xia)降(jiang)或(huo)發(fa)生(sheng)退(tui)磁(ci)現(xian)象(xiang)
，將(jiang)降(jiang)低(di)永(yong)磁(ci)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)性(xing)能(neng)，嚴(yan)重(zhong)時(shi)還(hai)會(hui)損(sun)壞(huai)電(dian)動(dong)機(ji)，在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)必(bi)須(xu)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)，使(shi)其(qi)不(bu)發(fa)生(sheng)過(guo)載(zai)。永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)磁(ci)場(chang)不(bu)可(ke)變(bian)，要(yao)想(xiang)增(zeng)大(da)電(dian)機(ji)的(de)功(gong)率(lv)，其(qi)體(ti)積(ji)會(hui)很(hen)大(da)；抗腐蝕性差；不易裝配。

 

（3）永磁電機作為驅動電機的優越性

 

①轉矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機氣隙磁密度可大大提高，電機指標可實現最佳設計
，使得電機體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機體積
、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅動電機起動轉矩大
，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉矩
，滿足汽車的運行需求。

 

②力能指標好。Y係列電機在60%的負荷下工作時,效率下降15% ,功率因數下降 30%，力能指標下降 40%。而永磁電機的效率和功率因數下降甚微,當電機隻有 20%負荷時,其力能指標仍為滿負荷的 80%以上。同時永磁無刷同步電機的恒轉矩區比較長,一直延伸到電機最高轉速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。

 

③高效節能。在轉子上嵌入稀土永磁材料後,在正常工作時轉子與定子磁場同步運行,轉子繞組無感生電流,不存在轉子電阻和磁滯損耗,提高了電機效率。永磁電機不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數。如在25%-120%額定負載範圍內永磁同步電機均可保持較高的效率和功率因素。

 

④結構簡單
、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結構上大大簡化，改善了電機的工藝性,而且電機運行的機械可靠性大為增強,壽命增加。轉子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流
，電機溫升低,這樣也可以使整車冷卻係統的負荷降低,進一步提高整車運行的效率。

 

（4）永磁同步電機的控製係統

 

永(yong)磁(ci)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)與(yu)感(gan)應(ying)電(dian)機(ji)類(lei)似(si)，控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)上(shang)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)提(ti)高(gao)低(di)速(su)轉(zhuan)矩(ju)特(te)性(xing)和(he)高(gao)速(su)恒(heng)功(gong)率(lv)特(te)性(xing)上(shang)。目(mu)前(qian)，永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)低(di)速(su)時(shi)常(chang)采(cai)用(yong)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)，包(bao)括(kuo)氣(qi)隙(xi)磁(ci)場(chang)定(ding)向(xiang)、轉子磁鏈定向、定子磁鏈定向等；而在高速運行時
，永磁同步電機通常采用弱磁控製。

 

（5）永磁電機應用現狀

 

稀土永磁電機的設計理論
、計算方法、檢測技術和製造工藝正不斷地完善和發展,永磁材料的性能和可靠性正不斷地提高。電力電子技術、大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)的(de)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)也(ye)對(dui)永(yong)磁(ci)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)的(de)發(fa)展(zhan)起(qi)到(dao)了(le)積(ji)極(ji)的(de)促(cu)進(jin)作(zuo)用(yong)。隨(sui)著(zhe)未(wei)來(lai)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)和(he)純(chun)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan),永磁驅動電機將迎來一個更為快速發展的時期,其發展趨勢也將呈現以下特點:高功率密度

、高轉矩密度、高可控性、高效率、高性能、高價格比等,以滿足混合動力汽車和純電動汽車的實際需求。

 

4

、開關磁阻電動機在新能源汽車中的應用

 

（1）開關磁阻電動機簡介

 

開關磁阻電動機（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調速係統
、無刷直流電動機調速係統之後發展起來的最新一代無級調速係統，是集現代微電子技術

、數字技術
、電力電子技術、紅外光電技術及現代電磁理論、設計和製作技術為一體的光
、機、電一體化高新技術。它具有調速係統兼具直流、交流兩類調速係統的優點。

 

開關磁阻電機覆蓋功率範圍10W~5MW的各種高低速驅動調速係統。使的開關磁阻電機存在許多潛在的領域，在各種需要調速和高效率的場合均能得到廣泛使用（電動車驅動、通用工業
、家用電器
、紡織機械
、電力傳動係統等各個領域）。

 

開關磁阻電動機工作原理：開關磁阻電動機的運行遵循“磁阻最小原理”——磁通總要沿磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。

 

（2）開關磁阻電機特點

 

它的結構比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉子上沒有滑環、繞組和永磁體等，隻是在定子上有簡單的集中繞組
，繞組的端部較短
，沒有相間跨接線
，維護修理容易。因而可靠性好，轉速可達15000 r/min。效率可達85%～93%呢
，比交流感應電動機要高。損耗主要在定子，電機易於冷卻；轉子元永磁體，易於實現各種特殊要求的轉矩一速度特性，而且在很廣的範圍內保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。

 

開關磁阻電機還具有在較寬轉速和轉矩範圍內高效運行、控製靈活、可四象運行、響應速度快、成本較低等優點。工藝性好，適用於高速
，環境適應性強；電機轉矩的方向與繞組電流的方向無關；適用於頻繁啟停以及正反向轉換運行；啟動電流小，轉矩大；可控參數多，調速性能好
；具有較強的再生製動能力

；定子和轉子的材料均采用矽鋼片，易於獲取和回收利用。

 

但開關磁阻電機有轉矩波動大、需要位置檢測器、係統非線性特性，磁場為跳躍性旋轉，控製係統複雜；對dui直zhi流liu電dian源yuan會hui產chan生sheng很hen大da的de脈mai衝chong電dian流liu等deng缺que點dian。位wei置zhi檢jian測ce器qi是shi開kai關guan磁ci阻zu電dian動dong機ji的de關guan鍵jian器qi件jian
，其qi性xing能neng對dui開kai關guan磁ci阻zu電dian動dong機ji的de控kong製zhi操cao作zuo有you重zhong要yao影ying響xiang。由you於yu開kai關guan磁ci阻zu電dian動dong機ji為wei雙shuang凸tu極ji結jie構gou，不bu可ke避bi免mian地di存cun在zai轉zhuan矩ju波bo動dong，噪zao聲sheng是shi開kai關guan磁ci阻zu電dian動dong機ji最zui主zhu要yao的de缺que點dian。但dan近jin年nian來lai的de研yan究jiu表biao明ming
，采cai用yong合he理li的de設she計ji
、製(zhi)造(zao)和(he)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)，開(kai)關(guan)磁(ci)阻(zu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)完(wan)全(quan)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)良(liang)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)。另(ling)外(wai)
，由(you)於(yu)開(kai)關(guan)磁(ci)阻(zu)電(dian)動(dong)機(ji)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)波(bo)動(dong)較(jiao)大(da)

，功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)波(bo)動(dong)也(ye)較(jiao)大(da)，所(suo)以(yi)在(zai)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)上(shang)需(xu)要(yao)裝(zhuang)置(zhi)一(yi)個(ge)很(hen)大(da)的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)器(qi)。

 

（3）開關磁阻電動機的控製係統

 

開關磁阻電動機驅動係統的核心是開關磁阻電動機(SRM)，tashejidaodiandongji，dianlidianzi，weiji，kongzhi
，guangdianzhuanhuan，jiaoduceliangdengdengduoxuekezhishi，jiegoubijiaofuza，kongzhixitongyaoqiuyebijiaodute
，ganyingdiandongjiheyongcitongbudiandongjidekongzhifangfatongchangnanyimanzuxitongdekongzhiyaoqiu。muqiandiandongqicheyingyongjiaoshao。tadezhuyaoyanjiufangxiangshimoxingyanjiu。youyukaiguancizudianjijuyoumingxiandefeixianxingtexing
，xitongnanyujianmo，yibandexianxingkongzhifangshibushiyukaiguancizudianjixitong。muqianzhuyaoliyongmohuluojikongzhi、神經網絡控製等。

 

它的控製係統包括功率變換器、控製器和位置傳感器及速度檢測器等部分。

 

①功率變換器

 

kaiguancizudiandongjideliciraozu

，wuluntongguozhengxiangdianliuhuofanxiangdianliu，qizhuanjufangxiangbubian，qihuanxiang，meixiangzhixuyaoyigerongliangjiaoxiaodegonglvkaiguanguan，gonglvbianhuanqidianlujiaojiandan
，buhuichuxianzhitongguzhang，kekaoxinghao，yiyushixianxitongderuanqidonghesixiangxianyunxing，juyoujiaoqiangdezaishengzhidongnengli。chengbenbijiaoliusanxiangganyingdiandongjidenibianqikongzhixitongyaodi。

 

②控製器

 

控製器由微處理器、數字邏輯電路等元件組成。微處理器根據駕駛員輸入的命令，同時對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動機轉子位置，進行分析
、chuli，bingzaishunjianzuochujuece，fachuyixiliezhixingmingling
，laikongzhikaiguancizudiandongjishiyingdiandongqichebutongtiaojianxiayunxing。kongzhiqixingnenghaohuaihetiaojiedelinghuoxing，qujueyuweichuliqideruanjianheyingjiandexingnengpeiheguanxi。

 

③位置檢測器

 

開關磁阻電動機需要高精度的位置檢測器
，來為控製係統提供電動機轉子的位置、轉速和電流的變化信號，並要求有較高的開關頻率以降低開關磁阻電動機的噪聲。

 

5、直流電動機在新能源汽車中的應用

 

直流電機可分為永磁式直流電機和繞組勵磁式電機兩種。一般小功率采用前者
， 大功率采用後者，下麵主要討論後者。

 

（1）直流電動機簡介

 

直流電機:將直流電能轉化成機械能（直流電動機）或將機械能轉化為直流電能（直流發電機）的旋轉電機。

 

直流電機的結構應由定和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座
、主磁極
、換向極、端蓋、軸zhou承cheng和he電dian刷shua裝zhuang置zhi等deng組zu成cheng。運yun行xing時shi轉zhuan動dong的de部bu分fen稱cheng為wei轉zhuan子zi，其qi主zhu要yao作zuo用yong是shi產chan生sheng電dian磁ci轉zhuan矩ju和he感gan應ying電dian動dong勢shi，是shi直zhi流liu電dian機ji進jin行xing能neng量liang轉zhuan換huan的de樞shu紐niu，所suo以yi通tong常chang又you稱cheng為wei電dian樞shu
，由you轉zhuan軸zhou、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

 

有刷直流電動機被廣泛用於要求轉速可調、調速性能好，以及頻繁起動、製動和反轉的場合。

 

（2）直流電動機的特點

 

直流電動機有下麵的優點：結構簡單；具有優良的電磁轉矩控製特性
，可實現基速以下恒轉矩、基速以上恒功率，可滿足汽車對動力源低速高轉矩、高速低轉矩的要求；可頻繁快速啟動
、製動和反轉
；調速平滑、無級、精確、方便，範圍廣
；抗過載能力強

，能夠承受頻繁的衝擊負載；控製方法簡單，隻需要用電壓控製，不需要檢測磁極位置。

 

但是它也有下麵缺點：設有電刷和換向器，高速和大負荷運行時換向器表麵易產生電火花
，同時換向器維護困難
，很難向大容量
、高速度發展，此外電火花會產生電磁幹擾；不宜在多塵、 潮濕、易燃易爆的環境中使用；價格高、體(ti)積(ji)和(he)質(zhi)量(liang)大(da)。其(qi)中(zhong)電(dian)火(huo)花(hua)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)，對(dui)高(gao)度(du)電(dian)子(zi)化(hua)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)來(lai)說(shuo)將(jiang)是(shi)致(zhi)命(ming)的(de)。隨(sui)著(zhe)電(dian)子(zi)力(li)子(zi)技(ji)術(shu)和(he)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)的(de)發(fa)展(zhan)，相(xiang)對(dui)於(yu)其(qi)它(ta)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)而(er)言(yan)
，直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)已(yi)處(chu)於(yu)劣(lie)勢(shi)，目(mu)前(qian)已(yi)逐(zhu)漸(jian)被(bei)淘(tao)汰(tai)。

 

（3）直流電機的控製係統

 

直流電機控製係統主要由斬波器和中央控製器構成，根據直流電機輸出轉矩的需要
，通過斬波器來控製電機的輸入電壓、電流，來控製和驅動直流電機的運行。

 

6、各種電機的比較

 

我們先比較各種電機的發展曆史
，從圖4上我們可以看到，有刷直流電機

、一般同步電機
、感應電機與有刷磁鐵電機商品化曆史最長，其產品更新換代不斷，而且迄今還在應用。而自上世紀80年代開始進入商品化的表麵永磁同步電機與1990年代以來研製開發的開關磁阻電機、內置式永磁同步電機以及最新的同步磁阻電機相繼進入市場，並在電動汽車與混合動力車上獲得應用。

 

圖4：各種電機的發展曆史比較

 

就目前發展水平
，各類驅動電機基本性能比較如下：

 

圖5：各類驅動電機基本性能比較

 

圖6：各類驅動電機基本性能比較

 

然(ran)後(hou)再(zai)比(bi)較(jiao)各(ge)種(zhong)電(dian)機(ji)在(zai)哪(na)些(xie)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)上(shang)應(ying)用(yong)比(bi)較(jiao)廣(guang)。異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)在(zai)純(chun)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)
，永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)在(zai)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)中(zhong)，開(kai)關(guan)磁(ci)阻(zu)電(dian)機(ji)目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)在(zai)客(ke)車(che)中(zhong)。而(er)從(cong)中(zhong)國(guo)不(bu)同(tong)種(zhong)類(lei)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)的(de)應(ying)用(yong)來(lai)看(kan)

，目(mu)前(qian)交(jiao)流(liu)異(yi)步(bu)感(gan)應(ying)電(dian)機(ji)和(he)開(kai)關(guan)磁(ci)阻(zu)電(dian)機(ji)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)新(xin)能(neng)源(yuan)商(shang)用(yong)車(che),特別是新能源客車，開關磁阻電機的實際裝配應用較少
；永磁同步電機主要應用於新能源乘用車。

 

 

(1)交流異步電機驅動係統我國已建立了具有自主知識產權異步電機驅動係統的開發平台，形成了小批量生產的開發、製造

、試驗及服務體係；產品性能基本滿足整車需求
，大功率異步電機係統已廣泛應用於各類電動客車；通過示範運行和小規模市場化應用，產品可靠性得到了初步驗證。

 

(2)開關磁阻電機驅動係統已形成優化設計和自主研發能力，通過合理設計電機結構、改進控製技術，產品性能基本滿足整車需求
；部分公司已具備年產2000套的生產能力
，能滿足小批量配套需求，目前部分產品已配套整車示範運行

，效果良好。

 

(3)無刷直流電機驅動係統國內企業通過合理設計及改進控製技術，有效提高了無刷直流電機產品性能
，基本滿足電動汽車需求；已初步具有機電一體化設計能力。

 

(4)永磁同步電機驅動係統已形成了一定的研發和生產能力，開發了不同係列產品，可應用於各類電動汽車；產品部分技術指標接近國際先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設計能力；多數公司仍處於小規模試製生產
，少數公司已投資建立車用驅動電機係統專用生產線。

 

(5)永磁電機材料永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、矽鋼等。部分公司掌握了電機轉子磁體先裝配後充磁的整體充磁技術。國內研製的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可280℃，但技術水平仍與德國和日本有較大差距。矽鋼是製造電機鐵芯的重要磁性材料
，其成本占電機本體的20%左右


，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產出0.27mm矽鋼片用於車用電機，我國僅開發出0.35mm矽鋼片。

 

7、新能源汽車驅動電機未來展望

 

新能源汽車驅動電機目前的發展方向有以下幾方麵：小型輕量化

；高效性
；更出色的轉矩特性
；使用壽命長，可靠性高
；噪聲低；價格低廉。隨著時間的推移，新能源驅動電機的發展呈現了下麵的趨勢：

 

①電機本體永磁化：永磁電機具有高轉矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優點。我國具有世界最為豐富的稀土資源

，因此高性能永磁電機是我國車用驅動電機的重要發展方向。

 

②電機控製數字化：專用芯片及數字信號處理器的出現，促進了電機控製器的數字化，提高了電機係統的控製精度
，有效減小了係統體積。

 

③電機係統集成化：通過機電集成（電機與發動機集成或電機與變速箱集成）和控製器集成
，有利於減小驅動係統的重量和體積，可有效降低係統製造成本。

 

下xia麵mian談tan談tan多duo種zhong未wei來lai的de電dian機ji，隨sui著zhe新xin能neng源yuan汽qi車che驅qu動dong技ji術shu的de快kuai速su發fa展zhan，許xu多duo新xin結jie構gou或huo新xin概gai念nian電dian機ji已yi經jing投tou入ru研yan究jiu。其qi中zhong新xin型xing永yong磁ci無wu刷shua電dian機ji是shi目mu前qian最zui有you前qian景jing的de電dian機ji之zhi一yi，包bao括kuo混hun合he勵li磁ci型xing、輪轂型、雙定子型
、jiyixingyijicixingchilunfuhexingdeng。ciwaifeijingdianjiyekaishizoujinxinnengyuanqichelingyu
，zuoweixinyidaigaoxingnengdianji
，qizishendeyouyuexingbijiangduixinnengyuanqichechanyedefazhanqidaojudadetuidongzuoyong。

 

（1）混合勵磁電機

 

混(hun)合(he)勵(li)磁(ci)電(dian)機(ji)是(shi)在(zai)保(bao)持(chi)電(dian)機(ji)較(jiao)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)
，改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，由(you)兩(liang)種(zhong)勵(li)磁(ci)源(yuan)共(gong)同(tong)產(chan)生(sheng)電(dian)機(ji)主(zhu)磁(ci)場(chang)，實(shi)現(xian)電(dian)機(ji)主(zhu)磁(ci)場(chang)的(de)調(tiao)節(jie)和(he)控(kong)製(zhi)
，改(gai)善(shan)電(dian)機(ji)調(tiao)速(su)、驅qu動dong性xing能neng或huo調tiao壓ya特te性xing的de一yi類lei新xin型xing電dian機ji。其qi不bu僅jin繼ji承cheng了le永yong磁ci電dian機ji的de諸zhu多duo特te點dian，而er且qie還hai具ju有you電dian勵li磁ci電dian機ji氣qi隙xi磁ci場chang平ping滑hua可ke調tiao的de優you點dian。如ru永yong磁ci開kai關guan磁ci阻zu電dian機ji和he永yong磁ci同tong步bu磁ci阻zu電dian機ji。

 

（2）雙定子永磁電機

 

雙(shuang)定(ding)子(zi)電(dian)機(ji)是(shi)在(zai)現(xian)有(you)電(dian)機(ji)體(ti)積(ji)不(bu)變(bian)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加(jia)定(ding)子(zi)的(de)個(ge)數(shu)
，使(shi)氣(qi)隙(xi)數(shu)量(liang)由(you)一(yi)層(ceng)變(bian)為(wei)兩(liang)層(ceng)或(huo)者(zhe)多(duo)層(ceng)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)永(yong)磁(ci)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)。由(you)於(yu)轉(zhuan)矩(ju)的(de)疊(die)加(jia)，作(zuo)用(yong)於(yu)轉(zhuan)子(zi)上(shang)的(de)電(dian)磁(ci)轉(zhuan)矩(ju)也(ye)會(hui)相(xiang)應(ying)增(zeng)加(jia)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)電(dian)機(ji)整(zheng)體(ti)的(de)轉(zhuan)矩(ju)密(mi)度(du)和(he)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)電(dian)機(ji)的(de)機(ji)械(xie)集(ji)成(cheng)度(du)較(jiao)高(gao)，所(suo)以(yi)其(qi)具(ju)有(you)響(xiang)應(ying)快(kuai)、動態特性好，結構材料利用率高和驅動靈活等特點。

 

（3）記憶電機

 

記(ji)憶(yi)電(dian)機(ji)又(you)稱(cheng)為(wei)磁(ci)通(tong)可(ke)控(kong)永(yong)磁(ci)電(dian)機(ji)，與(yu)一(yi)般(ban)永(yong)磁(ci)電(dian)機(ji)的(de)區(qu)別(bie)在(zai)於(yu)
，永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)本(ben)身(shen)的(de)磁(ci)化(hua)程(cheng)度(du)能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)通(tong)過(guo)施(shi)加(jia)充(chong)磁(ci)或(huo)者(zhe)去(qu)磁(ci)電(dian)動(dong)勢(shi)而(er)得(de)到(dao)改(gai)變(bian)， bingqiechongcihequcizhihouqicihuachengduyenengbeibaoliuzhujiyi。yincijuyougengkuandetiaosufanwei，tongshikeyibimianchanshengewaidelicisunhao，shizhishangshiyizhongxindejiandangaoxiaoderuocikongzhijishu。

 

（4）磁性齒輪永磁無刷複合電機

 

該電機是一種集成無刷直流驅動電機和共軸磁性齒輪的複合電機。所謂共軸磁性齒輪是一種基於調磁諧波原理的高性能
、無(wu)接(jie)觸(chu)的(de)變(bian)速(su)傳(chuan)遞(di)裝(zhuang)置(zhi)。這(zhe)種(zhong)電(dian)機(ji)巧(qiao)妙(miao)地(di)利(li)用(yong)了(le)共(gong)軸(zhou)磁(ci)性(xing)齒(chi)輪(lun)內(nei)轉(zhuan)子(zi)的(de)中(zhong)空(kong)部(bu)分(fen)，將(jiang)電(dian)機(ji)定(ding)子(zi)嵌(qian)入(ru)其(qi)中(zhong)
，將(jiang)輪(lun)胎(tai)直(zhi)接(jie)鉚(mao)合(he)在(zai)齒(chi)輪(lun)外(wai)轉(zhuan)子(zi)上(shang)，實(shi)現(xian)了(le)電(dian)機(ji)
、磁性齒輪
、輪胎的一體化，有效地提高了空間利用率。

 

（5）非晶電機

 

非晶電機是一種利用非晶合金取代傳統矽鋼片作為鐵心材料的高效、節能、無汙染的新型電機。其在高頻下的損耗極低，具有很高的效率；與(yu)相(xiang)同(tong)標(biao)準(zhun)的(de)普(pu)通(tong)電(dian)機(ji)相(xiang)比(bi)，體(ti)積(ji)和(he)質(zhi)量(liang)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)，極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)了(le)能(neng)源(yuan)和(he)資(zi)源(yuan)的(de)利(li)用(yong)率(lv)。對(dui)於(yu)同(tong)樣(yang)的(de)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)
，若(ruo)使(shi)用(yong)非(fei)晶(jing)電(dian)機(ji)可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)其(qi)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)30%以上
，而在相同行駛裏程的情況下，電池可以節省 30%的費用。總之
，非晶電機憑借其高效率、高功率密度等優勢將成為替代傳統電機的下一代高效電機。