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電動(dòng)車(chē)之電機(jī)
電動(dòng)汽車(chē)之電機(jī) 文章摘自 崔紐藏《車(chē)輛》
題詞：用技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低電動(dòng)汽車(chē)之成本
摘要：電動(dòng)國(guó)汽車(chē)的主要成本在電池、充電機(jī)、電機(jī)和控制器，以快速充電的電池和充電網(wǎng)絡(luò)之保障，減少電池車(chē)載量，以組合電機(jī)和磁力驅(qū)動(dòng)器來(lái)替代主電機(jī)和電子調(diào)速控制器，機(jī)械變速箱和離合器，以降低成本，用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)取代汽車(chē)電子控制技術(shù)，免得日后受制于外國(guó)專(zhuān)利。
國(guó)內(nèi)中低檔轎車(chē)價(jià)格日趨下降，2004年10月份國(guó)內(nèi)奧托和吉利競(jìng)爭(zhēng)推出極低價(jià)轎車(chē)，3萬(wàn)元/輛以?xún)?nèi)，相比這下：電動(dòng)汽車(chē)目前成本仍高居不下，究其原因是：電動(dòng)汽車(chē)目前尚處于研發(fā)階段，樣車(chē)和試運(yùn)行階段，根本無(wú)批量可言，這是與流水線(xiàn)生產(chǎn)燃油汽車(chē)所不能比擬的，這是現(xiàn)實(shí)，也是可以理解的。
同時(shí)目前各式電動(dòng)汽車(chē)能示范運(yùn)行的，都是在原燃油汽車(chē)的底盤(pán)、車(chē)廂之基礎(chǔ)上改裝而成的，即將發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱等系統(tǒng)全數(shù)拆下，然后裝上電動(dòng)機(jī)，電池等相關(guān)配套設(shè)備就形成電動(dòng)汽車(chē)，而混合動(dòng)力是在原然油系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝一套電池、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，形成了油、電混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。那么，電動(dòng)汽車(chē)成本主要就在電池、充電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器和電源轉(zhuǎn)換設(shè)備等產(chǎn)品組成，約占到整車(chē)造價(jià)成本50—60%。
目前以純電動(dòng)汽車(chē)為例，電池有采用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池，電源有的采用直流電源、驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，有的將車(chē)載直流電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電三相380V，供給三相異步電機(jī)，采用變頻設(shè)備來(lái)調(diào)速。
電池品種不同和儲(chǔ)電量不同，其總體造價(jià)差異很大，另外電動(dòng)汽車(chē)之儲(chǔ)電量加大多少，使成本成倍增長(zhǎng)，如鋰電池裝備轎車(chē)，如續(xù)行里程300km，電池成本約4萬(wàn)元以上，500km以上續(xù)行里程，電池成本為8萬(wàn)元以上，這種研發(fā)思路是白天行駛晚上充電，為了使續(xù)行里程不亞于燃油汽車(chē)，就構(gòu)成了電池成本的居高不下。
電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同，其成本也差異甚大，若采用直流有刷電機(jī)，車(chē)載電源可直接供給電機(jī)，使用這種電機(jī)采用晶閘管式控制器斬波方式調(diào)速。目前電動(dòng)汽車(chē)用直流有刷電機(jī)已經(jīng)能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)使用要求，但由于產(chǎn)量有限成本很高，品種規(guī)格不多，選擇余地較小，晶閘管控制器原采用外國(guó)公司如意大利和美國(guó)產(chǎn)品，現(xiàn)在可以國(guó)產(chǎn)化，成本較高，同時(shí)關(guān)鍵元器件均采用外國(guó)公司生產(chǎn)和控制。
若用直流無(wú)刷電機(jī)，其必須與控制器一體制成，成本更高。以調(diào)電源脈沖寬度來(lái)調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速，優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕。電機(jī)能?chē)?guó)產(chǎn)化，控制器的關(guān)鍵元器件均由國(guó)外公司生產(chǎn)，成本降下來(lái)可能性不大，且目前這種電機(jī)與電動(dòng)汽車(chē)一樣屬研發(fā)階段，形不成批量，成本高就在情理之中。
若用交流異步電機(jī)作為電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕，國(guó)產(chǎn)質(zhì)量不差，由于車(chē)載電源系直流電，需將電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，汽車(chē)電機(jī)電壓380V左右，功率在幾十kw不等，其逆變器功率不小，成本也不會(huì)低到哪里去，交流電機(jī)調(diào)速由變頻方式調(diào)速，交流異步電機(jī)采用變頻變壓控制（VVVF）和磁場(chǎng)定向控制（FOC）也稱(chēng)
矩量控制或解耦控制、變極控制。變頻控制器國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口都有，但關(guān)鍵元器件均為進(jìn)口，因此，要降低成本也不太可能。
至于正在研發(fā)中的磁阻電機(jī)，也要由電子控制器來(lái)控制調(diào)速，其成本情況與上述相同。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用模糊滑�？刂疲‵SMC）方法來(lái)控制電機(jī)和調(diào)速，它若沒(méi)有這種電子控制設(shè)備，電機(jī)就不能工作。
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高則電樞繞且切割磁場(chǎng)越快，產(chǎn)生的反電勢(shì)越高。反而限制了電流，使轉(zhuǎn)矩降低，低轉(zhuǎn)速下卻可輸出較大轉(zhuǎn)矩。因此在阻力較大的路面或走上坡路時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩較大，所以要消耗較大的電流，換句話(huà)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)車(chē)在慢速行駛時(shí)，電流輸出并不小，只是電壓降低了。
電動(dòng)機(jī)要調(diào)速度，就得通過(guò)改變電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是電動(dòng)機(jī)調(diào)速的理論基礎(chǔ)。而將車(chē)載電源之電壓降低至電機(jī)調(diào)速之低電壓，將有限的電源消耗在頻繁的調(diào)速中，是一種浪費(fèi)。
電機(jī)最高效率在額定轉(zhuǎn)速那里，往下調(diào)速就效率低，轉(zhuǎn)速越低效率越低。而為了提高車(chē)載電源的利用率，應(yīng)該希望電機(jī)的效率越高越好。
電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，要求啟動(dòng)、爬坡時(shí)高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時(shí)要求低轉(zhuǎn)矩，要求變速范圍大。直流有刷電機(jī)、直流永磁無(wú)刷電機(jī)、交流異步電機(jī)、磁阻電機(jī)是目前電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流技術(shù)和首選機(jī)型，它們有一個(gè)不可避開(kāi)的設(shè)備，電子控制設(shè)備和微機(jī)控制技術(shù)，這個(gè)構(gòu)成了電動(dòng)汽車(chē)成本的主要部份之一和技術(shù)障礙，目前核心技術(shù)掌握在外國(guó)人手中，我們要就得向他們購(gòu)買(mǎi)，將來(lái)中國(guó)各種電動(dòng)汽車(chē)推開(kāi)形成產(chǎn)業(yè)，或有朝一日中國(guó)能出口電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，國(guó)外控制器核心技術(shù)擁有者會(huì)象彩電、DVD一樣，來(lái)收專(zhuān)利費(fèi)，這是后話(huà)，但這種可能并非天方夜譚。
若要降低電動(dòng)汽車(chē)總成本，只能在電池、充電器、電機(jī)、控制器產(chǎn)品方面作文章。要用技術(shù)創(chuàng)新的思路來(lái)改變這一局面，發(fā)明出一種新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和電池充電模式，走自己特色的路。
如果在電動(dòng)汽車(chē)上電池裝的少，在確保電機(jī)正常運(yùn)作，同時(shí)在各種路況運(yùn)行條件下，不損害電池壽命的前提下，以一次充電續(xù)行里程200km左右，也即所載電池供電機(jī)，整車(chē)工作2—3小時(shí)，然后在快速充電機(jī)上補(bǔ)充電源，這就要求電池能以1C以上或2C--3C電流充電。另外電動(dòng)車(chē)應(yīng)在一個(gè)城市一個(gè)區(qū)域行駛，在它們的行駛范圍內(nèi)有公用充電站，在極短時(shí)間內(nèi)如10分種、15分鐘將電池組充至80%--90%，能行使
100km--150km。電動(dòng)汽車(chē)本身配有車(chē)載充電器，回家在車(chē)庫(kù)里慢充電，車(chē)載電池裝得少，整車(chē)質(zhì)量就小，能有效增加載荷，造價(jià)也低。
電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用直流有刷電機(jī)，稍作改進(jìn)后直接驅(qū)動(dòng)，不用逆變電源，削去這一塊成本，電機(jī)調(diào)速問(wèn)題不采用暫波，調(diào)脈，調(diào)頻率的通常做法，改用調(diào)內(nèi)燃機(jī)油門(mén)的原理，車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)之功率，分解成若干個(gè)小功率電機(jī)，組成一個(gè)組合電機(jī)，該組合內(nèi)的各個(gè)電機(jī)功率相等或功率大小不一，在啟動(dòng)、加速、輕載、重載、爬坡、怠速時(shí)分別啟動(dòng)或關(guān)閉其中幾個(gè)電機(jī)，使之工作或停機(jī)。即駕駛員根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際運(yùn)行狀況來(lái)調(diào)節(jié)
電機(jī)工作的數(shù)量和總功率，而工作的電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速恒定輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，而不必對(duì)其進(jìn)行調(diào)速，這樣就不再用電子控制器和調(diào)速器。 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)能減小整車(chē)主電機(jī)的電流和額定值功率，減小單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)所需大電流對(duì)車(chē)載電池的沖擊，這點(diǎn)對(duì)已使用較長(zhǎng)時(shí)間壽命的電池和車(chē)載電池組內(nèi)所儲(chǔ)電量不多時(shí)的電池情況猶為重要和關(guān)鍵，能延長(zhǎng)電池使用壽命。
目前在研制的電動(dòng)汽車(chē)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，有的仍保留原汽車(chē)中的機(jī)械變速器和離合器，這主要是電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的不是很理想所致，因而保留了它。應(yīng)取消原機(jī)械變速箱和離合器，采用磁性驅(qū)動(dòng)器，來(lái)無(wú)極變速，通過(guò)調(diào)節(jié)主動(dòng)和從動(dòng)器件的間距，就能達(dá)到變速箱離合器的作用，與組合電機(jī)二者配合，就成了一個(gè)有機(jī)整體的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。磁力驅(qū)動(dòng)器調(diào)速可和單個(gè)大電機(jī)進(jìn)行匹配也可與組合電機(jī)之幾個(gè)小功率電機(jī)進(jìn)行匹配，在這種匹配中，電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速在工作，由于磁力驅(qū)動(dòng)器的調(diào)節(jié)，電動(dòng)車(chē)的車(chē)速快、慢有變化，這時(shí)電機(jī)的負(fù)載，轉(zhuǎn)矩就跟著變化，即整車(chē)需要大的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)或電機(jī)組就輸出大轉(zhuǎn)矩，反之就輸出小轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化隨整車(chē)之需要而變化，電機(jī)的功耗也隨之變化，這樣就做到整車(chē)需多少轉(zhuǎn)矩，電機(jī)就輸出多少轉(zhuǎn)矩，就耗多少電，既節(jié)能又不必通過(guò)復(fù)雜的電機(jī)控制系統(tǒng)。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)矩越大，這就是載重負(fù)載大，或爬坡時(shí)要降低轉(zhuǎn)速加大轉(zhuǎn)矩，而和電動(dòng)機(jī)正好達(dá)到了統(tǒng)一。中國(guó)稀土永磁材料在世界上 居優(yōu)勢(shì)地位，應(yīng)著力開(kāi)發(fā)應(yīng)用，而用直流稀土永磁有刷電機(jī)與磁力驅(qū)動(dòng)器，就完全利用稀土永磁材料，完全具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，整個(gè)成本也大大低于“電機(jī)、控制器、機(jī)械變速箱、離合器”的總成本。而且將來(lái)也不受制于外國(guó)公司。
電動(dòng)汽車(chē)包括純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)，它們都以電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)行駛的，若組合電機(jī)和磁力驅(qū)動(dòng)器能應(yīng)用到這些車(chē)上，對(duì)這種車(chē)型的總成本會(huì)降低很多，這樣就容易為市場(chǎng)所接受，與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，更具競(jìng)爭(zhēng)力。因此組合電機(jī)和磁力驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)，將對(duì)電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)，產(chǎn)業(yè)化起到推動(dòng)作用，具積極意義。
如果用價(jià)格甚低的汽車(chē)如奧托、吉利，3萬(wàn)元/輛，撤除發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、油箱、供油系統(tǒng)等，那么扣去這一塊成本約5000—6000元左右，那么整車(chē)成本約2.5萬(wàn)元/輛左右，然后配上電池組，車(chē)載充電機(jī)、電機(jī)、磁力驅(qū)動(dòng)器等，其總成本在3萬(wàn)—3.5萬(wàn)元套，那么經(jīng)濟(jì)型家用或出租用電動(dòng)轎車(chē)，其成本在6—7萬(wàn)元左右是可以實(shí)現(xiàn)的。這種轎車(chē)是有競(jìng)爭(zhēng)力的，而且電費(fèi)經(jīng)測(cè)算約10元/100km，每100km耗電18kw/h左右。一般普通轎車(chē)每百公里耗油為8升/100km，按2004年10月份油價(jià)
3.63元/升計(jì)，約30元/100kw的耗油費(fèi)。前者是后者的1/3，如果2005年實(shí)施燃油稅，那么油耗用將進(jìn)一步增加，而電動(dòng)汽車(chē)目前應(yīng)屬扶持對(duì)象，而且電費(fèi)2005年變化不會(huì)太大，其耗電費(fèi)也不會(huì)增加，兩者相較，電動(dòng)汽車(chē)在運(yùn)行費(fèi)用方面是有競(jìng)爭(zhēng)力的。
電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能比較
摘要：驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的幾種典型驅(qū)動(dòng)系
統(tǒng)進(jìn)行了定性分析，對(duì)它們的性能進(jìn)行了比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；分析；性能比較
人類(lèi)與環(huán)境共存和全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展使人們迫切希望尋求到一種低排放和有效利用資源的交通工具，使用電動(dòng)汽車(chē)無(wú)疑是一種很有希望的方案。
現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由4個(gè)主要部分組成，即控制器。功率變換器、電動(dòng)機(jī)及傳感器。目前電動(dòng)汽車(chē)中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等。
1 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求
電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。
1.1 電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為3～4)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
1.2 電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿(mǎn)足汽車(chē)在平坦的路面能夠高速行駛的要求。
1.3 電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車(chē)減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)汽車(chē)具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)的。
1.4 電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。
另外還要求電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等[1-2]。
2 電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和控制方法
2.1 直流電動(dòng)機(jī)
有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車(chē)上仍使用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過(guò)載
能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，勢(shì)必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。另外，由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。鑒于直流電動(dòng)機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動(dòng)汽車(chē)上已基本不采用直流電動(dòng)機(jī)[3]。http://www.ishadingyu.com/news/5570655F0ADE976F.html
2.2 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
2.2.1 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本性能
交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動(dòng)機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒(méi)有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到12000～15000r/min�？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便。
2.2.2 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
由于交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不能直接使用蓄電池供給的直流電，另外交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有非線(xiàn)性輸出特性。因此，在采用交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)上，需要應(yīng)用逆變器中的功率半導(dǎo)體器件，將直流電變?yōu)轭l卒和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流三相電動(dòng)機(jī)的控制。主要有v/f控制法、轉(zhuǎn)差頻率控制法。
用矢量控制法，對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組交流電的頻率和輸入交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的端調(diào)控制，控制交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通量和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)改變交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，來(lái)滿(mǎn)足負(fù)載變化特性的要求，并能夠獲得最高效率，從而使得交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)能夠在電動(dòng)汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。
2.2.3 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的不足
交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的耗電量較大，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要保證對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的冷卻，否則會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身，增加了電動(dòng)汽車(chē)的成本[2-4]。另外，交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性也較差。
2.3 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
2.3.1永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能
永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外
特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車(chē)中有著很好的應(yīng)用前景。
2.3.2 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
典型的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型SPWM法來(lái)完成。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實(shí)質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁勢(shì)來(lái)削弱定子繞組中的磁鏈。
2.3.3 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足
永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高[5-10]。
2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)
2.4.1 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本性能
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動(dòng)機(jī)都要簡(jiǎn)單，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組的端部較短，沒(méi)有相間跨接線(xiàn)，維護(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000 r/min。效率可達(dá)85%～93%呢，比交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要高。損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能要求。
2.2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有高度的非線(xiàn)性特性，因此，它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜。它的控制系
統(tǒng)包括功率變換器。
a． 功率變換器
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，無(wú)論通過(guò)正向電流或反向電流，其轉(zhuǎn)矩方向不變，期換向，每相只需要一個(gè)容量較小的功率開(kāi)關(guān)管，功率變換器電路較簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)直通故障，可靠性好，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力。成本比交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的逆變器控制系統(tǒng)要低。
b．控制器
控制器由微處理器、數(shù)字邏輯電路等元件組成。微處理器根據(jù)駕駛員輸入的命令，同時(shí)對(duì)位置檢測(cè)器、電流檢測(cè)器所反饋的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)行分析、處理，并在瞬間做出決策，發(fā)出一系列執(zhí)行命令，來(lái)控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)不同條件下運(yùn)
行�？刂破餍阅芎脡暮驼{(diào)節(jié)的靈活性，取決于微處理器的軟件和硬件的性能配合關(guān)系。 c．位置檢測(cè)器
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)需要高精度的位置檢測(cè)器，來(lái)為控制系統(tǒng)提供電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和電流的變化信號(hào)，并要求有較高的開(kāi)關(guān)頻率以降低開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲。
2.4.3 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的不足
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來(lái)的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大，所以在直流母線(xiàn)上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器
[2,11-13]
3 電動(dòng)汽車(chē)采用的備種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)性能比較
電動(dòng)汽車(chē)在不同的歷史時(shí)期采用了不同的電動(dòng)是采用了控制性能最好和成本較低的直流電動(dòng)機(jī)。隨著電機(jī)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)。永磁元刷直流電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)顯示出比直流電動(dòng)機(jī)更加優(yōu)越的性能，在電動(dòng)汽車(chē)上，這些電動(dòng)機(jī)逐步取代了直流電動(dòng)機(jī)。表1為現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)所采用的各種電動(dòng)機(jī)的基本性能比較。目前交動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生產(chǎn)以后，這些電動(dòng)機(jī)和單元控制裝置的價(jià)格會(huì)迅速降低，將能夠滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并使電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)價(jià)格降低[2]。
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