新能源電動(dòng)汽車用電機(jī)簡(jiǎn)述

任壽萱

（凱捷利集團(tuán)蘇州高性能機(jī)電研究院，江蘇 蘇州 215153）

新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既是新能源電動(dòng)汽車的核心部件之一，也是關(guān)鍵系統(tǒng)之一，起到驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)以及回收制動(dòng)能量的作用，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。在純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車中，作為惟一的驅(qū)動(dòng)力來源，它提供車輛行駛?cè)康尿?qū)動(dòng)力，相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)；由于系統(tǒng)能夠工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)，在車輛制動(dòng)時(shí)，車輛的動(dòng)能通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)電特性轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)到車載電源系統(tǒng)中，具備了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的能量回饋功能。在混合動(dòng)力汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，其作用主要包括動(dòng)力供應(yīng)，平衡發(fā)動(dòng)機(jī)功率和回饋能量3種，根據(jù)混合度的不同，其作用略有差別。

1 新能源電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)的要求

電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能好壞，將直接影響到電動(dòng)汽車的頻繁起步、停車、加減速性能、高速行駛以及爬坡等重要技術(shù)性能。為滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，新能源電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有一些特殊的要求，在電機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)必須予以充分考慮。

1）以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，加速踏板和制動(dòng)踏板的開度是電磁轉(zhuǎn)矩給定的目標(biāo)值，要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，穩(wěn)定性好。

2）由于電動(dòng)汽車行駛時(shí)，有起動(dòng)、加速、巡航、減速和制動(dòng)等多工況，要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，能在四象限內(nèi)工作。為保證加速時(shí)間，要求電機(jī)在低速時(shí)具有大的輸出轉(zhuǎn)矩及過載能力 （一般為額定轉(zhuǎn)矩2～4倍），過載時(shí)間達(dá)3 min以上；為保證電動(dòng)汽車在巡航時(shí)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速行駛，電機(jī)在高速行駛時(shí)具有高的功率，最高轉(zhuǎn)速一般為基速的2倍以上。

3）電機(jī)的損耗要低，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)具有高效率，提高1次充電的續(xù)航里程。

4）電動(dòng)汽車減速時(shí)能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，能量回收率應(yīng)占總能量的10%～15%。

5）電機(jī)的安全性應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)車輛電氣安全性能的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)高電壓的還需裝備高壓保護(hù)裝置。

6）可靠性高，電機(jī)的耐振、耐溫和耐濕性能力強(qiáng)，能在惡劣的氣候環(huán)境和各種道路上長(zhǎng)時(shí)間工作。

7）電機(jī)運(yùn)行噪聲低。

8）電磁兼容性好。

9）由于電動(dòng)汽車留給電機(jī)的安裝空間有限，整車又要求輕量化，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)整機(jī)的體積要盡可能小，質(zhì)量盡可能輕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便。在允許范圍內(nèi)盡量采用高電壓。

10）價(jià)格合理，經(jīng)濟(jì)性好，適合于批量生產(chǎn)。

2 新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的種類

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)的不同，新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類如圖1所示。

電動(dòng)汽車在早期采用的是直流電機(jī)，隨后逐步采用交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。

2.1 直流電機(jī)

早期的電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)大多采用直流電機(jī)。直流電機(jī)能得到大量的應(yīng)用，最主要的原因是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性、控制原理和控制裝置簡(jiǎn)單、控制成本低、起動(dòng)和加速轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好且比較方便等優(yōu)點(diǎn)，但其致命的缺點(diǎn)是有電刷和機(jī)械換向器，限制了電機(jī)過載能力、速度、功率體積比、功率質(zhì)量比和效率的進(jìn)一步提高，換向時(shí)產(chǎn)生噪聲，換向器表面會(huì)產(chǎn)生電火花和電磁干擾，可靠性降低，需要定期維護(hù)，極大地影響了它的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在某些電動(dòng)汽車仍有采用。

與其他通用電機(jī)相比，在電動(dòng)汽車用直流電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使電機(jī)在耐高溫、抗振動(dòng)、低損耗、抗負(fù)載波動(dòng)、小型輕量化和免維護(hù)等方面，給予特殊的考慮。

根據(jù)勵(lì)磁繞組的不同，直流電機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種。自勵(lì)又可分為串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。自勵(lì)多應(yīng)用于小功率直流電機(jī)，而他勵(lì)則多用于中大功率直流電機(jī)，早期的電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)以他勵(lì)居多。

直流電機(jī)的調(diào)速控制主要是通過改變電樞電壓，采用PWM斬波器和PI調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。不同類型的斬波器適用于不同的模式，單象限型適用于電動(dòng)模式；二象限型適用于電動(dòng)或再生制動(dòng)模式；四象限型適用于通過電子控制的正向電動(dòng)和反向制動(dòng)模式。直流電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2所示。

直流電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表1所示。

2.2 交流感應(yīng)電機(jī)

交流感應(yīng)電機(jī)又稱交流異步電機(jī)。隨著微電子、電力電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車上采用交流感應(yīng)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)日益增多，特別是國(guó)外對(duì)交流異步鑄銅轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)作為牽引電機(jī)的使用非常重視。與直流電機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、質(zhì)量輕、體積小、低成本、效率高、價(jià)格低廉。電機(jī)的定子輸入頻率可在較大范圍內(nèi)變化，調(diào)速范圍寬，是電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的理想選擇，尤其是對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率需求較大的電動(dòng)客車。但異步電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，也存在著效率低、發(fā)熱嚴(yán)重、控制系統(tǒng)復(fù)雜等有待克服的技術(shù)問題。

交流感應(yīng)電機(jī)有鼠籠轉(zhuǎn)子式和繞線轉(zhuǎn)子式。繞線轉(zhuǎn)子式可通過改變外電路參數(shù)來改善電機(jī)的運(yùn)行性能，但其成本高、需要維護(hù)、耐久性不足，因而它沒有鼠籠轉(zhuǎn)子式應(yīng)用那么廣泛，特別是在純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上。

電動(dòng)汽車上使用的交流感應(yīng)電機(jī)的額定電壓一般為380 V，電動(dòng)轎車 （包括其他類型的乘用車）功率為20～80kW，電動(dòng)大客車 （包括貨車）功率為100～150kW。

電動(dòng)汽車采用交流感應(yīng)電機(jī)時(shí)，應(yīng)合理選定電機(jī)的容量，盡可能地避免出現(xiàn) “大馬拉小車”的現(xiàn)象，盡量縮短電機(jī)空載運(yùn)行的時(shí)間，需根據(jù)有關(guān)動(dòng)力性能參數(shù)正確予以選擇。

目前，國(guó)內(nèi)外高性能的電動(dòng)汽車交流感應(yīng)電機(jī)控制，主要是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種控制方法。矢量控制方法已較成熟，應(yīng)用普遍，直接轉(zhuǎn)矩控制方法則有待于進(jìn)一步提高完善。矢量控制系統(tǒng)的三相交流感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性如圖3所示。

交流異步電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表2所示。

表2 交流異步電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

2.3 永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)具有高功率密度、高效率、易散熱、高可靠性和較好的動(dòng)態(tài)性能等特點(diǎn)，是當(dāng)前電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的研究熱點(diǎn)。

永磁同步電機(jī)可分為交流永磁同步電機(jī) （PMSM）、直流無刷永磁電機(jī) （BLDCM）和新型永磁電機(jī) ［混合式永磁電機(jī) （HSM）、續(xù)流增磁永磁電機(jī)］三大類，目前電動(dòng)汽車主要采用的是前2類。

2.3.1 交流永磁同步電機(jī) （PMSM）

交流永磁同步電機(jī)是反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是正弦波的交流永磁電機(jī)，又稱為正弦波永磁同步電機(jī)，采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制及轉(zhuǎn)子連續(xù)位置反饋信號(hào)來控制調(diào)速或換向。

電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，定轉(zhuǎn)子之間有氣隙，定子和普通交流電機(jī)相同，定子槽內(nèi)嵌入三相繞組。轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁，根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上安放的位置不同，轉(zhuǎn)子可分為3種結(jié)構(gòu)：①永磁體表面凸出式結(jié)構(gòu)，電機(jī)的極性是隱極式；②永磁體表面嵌入式結(jié)構(gòu)，電機(jī)的極性是凸極式 （凸極度低）；③永磁體內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，電機(jī)的極性是凸極式 （凸極度高）。

永磁同步電機(jī)所用的永磁材料一般為釹鐵硼，由于釹鐵硼永磁材料具有很高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力和最大磁能積，故可大大地提高電機(jī)的功率質(zhì)量比。采用釹鐵硼制成的永磁同步電機(jī)的體積較小，質(zhì)量較輕，得到廣泛的應(yīng)用。

永磁同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子對(duì)定子的相對(duì)位置不同，可分為3種：①外轉(zhuǎn)子式，將內(nèi)定子固定在電機(jī)的中心，外轉(zhuǎn)子處在內(nèi)定子外圓外，圍繞電機(jī)的中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。②內(nèi)轉(zhuǎn)子式，是將外定子固定在電機(jī)的中心，內(nèi)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔內(nèi)，圍繞電機(jī)的中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。外轉(zhuǎn)子式和內(nèi)轉(zhuǎn)子式2種方式屬于圓柱式電機(jī)，氣隙是圓柱面的，氣隙磁場(chǎng)是徑向的，稱為徑向磁場(chǎng)電機(jī)，普通的永磁電機(jī)均屬此類。③盤式，與圓柱式電機(jī)不同，其定、轉(zhuǎn)子均為圓盤形，在電機(jī)中對(duì)等放置，氣隙是平面型的，氣隙磁場(chǎng)是軸向的，故又稱軸向磁場(chǎng)電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，軸向尺寸短，有較高的功率和質(zhì)量比。

以上3種結(jié)構(gòu)的電機(jī)各有特點(diǎn)，但相比之下，現(xiàn)在電動(dòng)汽車上采用較多的是內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)。

交流永磁同步電機(jī)無需勵(lì)磁電流，效率和功率因數(shù)高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；PMSM交流伺服系統(tǒng)具有頻帶寬、反應(yīng)快、精度高、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)；功率驅(qū)動(dòng)器靜止無噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無電火花。因此在低速直接驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，PMSM具有比交流感應(yīng)電機(jī)及直流無刷永磁電機(jī)更優(yōu)越的性能。

自20世紀(jì)80年代以來，隨著微電子、電力電子技術(shù)、永磁材料技術(shù)和交流可調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)有著長(zhǎng)足的進(jìn)步。90年代后，采用全數(shù)字控制的正弦波永磁交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，技術(shù)上已趨于完全成熟，并實(shí)現(xiàn)了商品化。由于具有十分優(yōu)良的低速性能，又可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，進(jìn)一步滿足了電動(dòng)汽車高性能驅(qū)動(dòng)的要求，隨著永磁材料技術(shù)及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，又進(jìn)一步提高了PMSM性價(jià)比，因此PMSM在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

永磁同步電機(jī)的機(jī)械特性如圖4所示。永磁同步電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表3所示。

表3 永磁同步電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

2.3.2 直流無刷永磁電機(jī) （BLDCM）

直流無刷永磁電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其電磁結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣，是反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波的直流永磁電機(jī)，又稱為矩形波永磁同步電機(jī)。

BLDCM電機(jī)定子采用集中繞組，內(nèi)置PTC熱敏電阻進(jìn)行熱保護(hù)，霍爾元件作為位置傳感器，在轉(zhuǎn)子中嵌入永磁體，通過轉(zhuǎn)子位置傳感器、控制電路和換向電路共同構(gòu)成電子換向，代替電刷機(jī)械換向的作用，取消了電流的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。電機(jī)相數(shù)可有三相、四相、五相甚至十幾相等，采用自然冷卻或外加風(fēng)機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。

當(dāng)定子繞組為星形接法時(shí)，直流無刷永磁電機(jī)的控制器采用半橋電路或全橋電路；定子繞組為三角形接法時(shí)，只能采用全橋電路。電機(jī)的極數(shù)少時(shí)其效率高，極數(shù)多時(shí)則轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，但極數(shù)過多會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜和控制功率開關(guān)管增加，成本相應(yīng)變大，目前采用最多的是三相全橋星形兩兩通電的驅(qū)動(dòng)控制方式。

基于直流無刷永磁電機(jī)其原理上存在的固有缺陷，如運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在著轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、鐵心附加損耗大等缺點(diǎn)，限制了它在高精度、高性能要求的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用，尤其是在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，因此適用于一般的精度及性能要求的場(chǎng)合。

但是BLDCM電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，維護(hù)方便，無轉(zhuǎn)子損耗，易實(shí)現(xiàn)高速和快速制動(dòng)，高效率，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好，控制簡(jiǎn)單，機(jī)械特性較硬，具有和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣好的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速控制特性，能實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速和定位控制，成本低，對(duì)于在運(yùn)行在惡劣環(huán)境下的電動(dòng)汽車而言，無疑特別地適用，因此其在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用有日益擴(kuò)大的趨勢(shì)。

直流無刷永磁電機(jī)的機(jī)械特性同圖4。直流無刷永磁電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表4所示。

表4 直流無刷永磁電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

2.3.3 新型永磁電機(jī)

1）混合式永磁電機(jī) （HSM）在電動(dòng)汽車上采用混合式永磁電機(jī)，是電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)新的研究方向，目前大量商業(yè)化應(yīng)用尚未開始。混合式永磁電機(jī)從原理上說可以有很多種，但目前只有以下3種。

第1種是永磁和磁阻的混合，它有2種混合方式，一是將永磁體嵌入轉(zhuǎn)子回路中，永磁同步電機(jī)同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和同步磁阻轉(zhuǎn)矩；二是把永磁體和開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，成為具有高效、高功率密度和寬調(diào)速范圍的雙凸極永磁電機(jī) （DSPM）。

第2種是把永磁體嵌入磁滯環(huán)內(nèi)表面的槽中，綜合利用永磁轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩。這種磁滯混合電機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，很適用于電動(dòng)汽車。

第3種是把永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi)，直流勵(lì)磁繞組安放在定子上，通過控制勵(lì)磁電流的大小和方向，很容易調(diào)節(jié)電機(jī)的氣隙磁通，達(dá)到滿足電動(dòng)汽車要求的轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速特性。

2）續(xù)流增磁永磁電機(jī) 續(xù)流增磁永磁電機(jī)是一種復(fù)合勵(lì)磁的特殊直流電機(jī)，它兼顧了串勵(lì)直流電機(jī)和他勵(lì)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用稀土永磁和增磁繞組復(fù)合勵(lì)磁方式，轉(zhuǎn)子采用無槽結(jié)構(gòu)，增磁繞組接在電機(jī)的續(xù)流回路中，利用續(xù)流回路內(nèi)的電流進(jìn)行增磁，和稀土永磁體共同產(chǎn)生復(fù)合磁場(chǎng)，產(chǎn)生全新的自動(dòng)弱磁調(diào)速理念，很好地滿足電動(dòng)汽車低速增磁增矩、高速弱磁增速的特性要求；雙象限范圍運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)；采用PWM控制，運(yùn)行時(shí)噪聲低，具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

2.4 開關(guān)磁阻電機(jī) （SRM）

開關(guān)磁阻電機(jī)又稱可變磁阻電機(jī)，1883年就用于機(jī)車牽引，到現(xiàn)代功率電子學(xué)和大功率計(jì)算設(shè)備的出現(xiàn)，它的潛能才得以充分的發(fā)揮。作為一種新型的特種電機(jī)，它是集電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，近20年來備受重視。它綜合了感應(yīng)電機(jī)和直流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，有著無磁鋼、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、容錯(cuò)性好、低速輸出轉(zhuǎn)矩高等很多優(yōu)良的特點(diǎn)，特別適合于電動(dòng)汽車在各種工況下運(yùn)行，為電動(dòng)汽車行業(yè)所關(guān)注。

開關(guān)磁阻電機(jī)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)中極具競(jìng)爭(zhēng)力的電機(jī)，是當(dāng)前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的又一個(gè)新的選擇，在混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車中已得到成功的應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用前景。國(guó)際上如奔馳、沃爾沃、菲亞特、通用等公司，正大力發(fā)展電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)。

開關(guān)磁阻電機(jī)是基于 “磁阻最小”的原理設(shè)計(jì)的新型具有凸極結(jié)構(gòu)的電機(jī)，其相數(shù)可以較多，但一般采用的是三相或四相。定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極有多種組合方式，定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極均為偶數(shù)，一般轉(zhuǎn)子凸極數(shù)比定子凸極數(shù)少2個(gè)，共同組成不同極數(shù)的開關(guān)磁阻電機(jī)。

開關(guān)磁阻電機(jī)的雙凸級(jí)結(jié)構(gòu)，給電機(jī)運(yùn)行帶來了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲，將直接影響電動(dòng)汽車行駛和乘座舒適性，這2個(gè)問題以往成為了制約開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)汽車行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的主要障礙?，F(xiàn)在研發(fā)的低噪聲振動(dòng)的開關(guān)磁阻電機(jī)，有效地抑制了運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲，為開關(guān)磁阻電機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，起到了積極的推動(dòng)作用。

開關(guān)磁阻電機(jī)由于無永磁體，解決了永磁同步電機(jī)和無刷直流永磁電機(jī)現(xiàn)存的技術(shù)問題，如永磁材料的高溫下的退磁失磁、成本增高、磁鋼的不均勻性造成磁極分布的不均勻而影響運(yùn)行等問題。

開關(guān)磁阻電機(jī)具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、無永磁體、制造容易、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、免維護(hù)、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，充分發(fā)揮了開關(guān)磁阻電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)以及安全可靠的特長(zhǎng)。研究表明，通過對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的靈活控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在寬調(diào)速范圍內(nèi)電動(dòng)或發(fā)電方式下高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，將它用于混合動(dòng)力汽車 ISG系統(tǒng)，具有良好的開發(fā)利用價(jià)值。

開關(guān)磁阻電機(jī)的控制可以分為電流斬波控制方式 （CCC）、角度位置控制方式 （APC）和電壓控制方式 （VC）3種。開關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)械特性如圖5所示。開關(guān)磁阻電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表5所示。

表5 開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

2.5 新能源電動(dòng)汽車用各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能對(duì)比

以上所述的新能源電動(dòng)汽車用各種類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在選定時(shí)，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)車輛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)汽車的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，行駛性能要求，車輛技術(shù)性能指標(biāo)要求，車載能源系統(tǒng)的性能，電機(jī)本身的性能特點(diǎn)，電機(jī)及其控制器成本等因素進(jìn)行綜合考慮，然后正確選定。

一般而言，各種類型的電動(dòng)汽車對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求各不相同，必須針對(duì)主要應(yīng)用特點(diǎn)，選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)方案。例如，高檔轎車對(duì)電機(jī)體積質(zhì)量要求高，同時(shí)要求低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和低噪聲，可優(yōu)先選用永磁電機(jī)；跑車、概念車及越野車等對(duì)加速特性或過載能力要求高，希望有超高速運(yùn)行能力，可優(yōu)先選用開關(guān)磁阻電機(jī)；對(duì)于主要在市區(qū)較平坦路況行駛的經(jīng)濟(jì)型大眾化私家車、郵政車、環(huán)保車或觀光車等車輛，對(duì)電機(jī)性能要求不是很高，但對(duì)低成本要求高，則可優(yōu)先選用交流異步電機(jī)；對(duì)于采用 AMT（自動(dòng)換檔）的車輛，要求電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，選用開關(guān)磁阻電機(jī)是最佳的選擇；對(duì)于要求較大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大型車輛，出于成本和性能穩(wěn)定性方面的考慮，顯然不應(yīng)優(yōu)先選用永磁電機(jī)。但是究竟采用那種電機(jī)為最好，有待于裝備各種類型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)汽車在道路上長(zhǎng)期行駛，通過實(shí)踐考驗(yàn)后方能作出，目前業(yè)界尚無定論。各種電動(dòng)汽車用電機(jī)性能對(duì)比如表6所示。

表6 電動(dòng)汽車用電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較表

3 結(jié)語

本文對(duì)新能源電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求及主要性能參數(shù)，對(duì)新能源汽車的核心關(guān)鍵部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)，目前所采用的各種類型一一作了解析，分析了各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、優(yōu)缺點(diǎn)，列舉了在新能源汽車上應(yīng)用的一些實(shí)例。通過本文，可對(duì)新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)有一個(gè)比較全面的了解，供選用新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)參考。

［1］胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車 （第2版）［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］何洪文.電動(dòng)汽車原理與構(gòu)造［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［3］李涵武.電動(dòng)汽車技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［4］王志福，張承寧.電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［5］GB 755—2008， 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能［S］.

［6］GB／T 18488.1—2006，電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器，第1部分： 技術(shù)條件［S］.

［7］ GB／T 19596—2004， 電動(dòng)汽車術(shù)語［S］.