核心提示：　　修改稿收稿曰期：2003-05-08人類與環(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)汽車無疑是一種很有希望的方案。　　現(xiàn)代電動(dòng)汽車是融合了電力、

　　修改稿收稿曰期：2003-05-08人類與環(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)汽車無疑是一種很有希望的方案。

　　現(xiàn)代電動(dòng)汽車是融合了電力、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)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無刷電動(dòng)機(jī)等。

　　電動(dòng)汽車用電動(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)汽車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)大批量生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等-21. 2電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的種類和控制方法直流電動(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。在早期開發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車上仍使用直流電動(dòng)機(jī)來驅(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)過載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長時(shí)間運(yùn)行，勢必要經(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)汽車上已基本不采用直流電動(dòng)機(jī)123. 2.2交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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成，在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很競廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到12 000~15000r/min.可采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高。

　　對環(huán)境的適應(yīng)性好，并能夠?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率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電來實(shí)現(xiàn)對交流三相電動(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)的端電壓進(jìn)行諧調(diào)控制，控制交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量和轉(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，來滿足負(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)汽車的成本。另外交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性也較差。

　　2.3永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能永磁無刷直流電動(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)的外特性而沒有換向器和電刷組成的機(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，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，寒命長，運(yùn)行可靠，維修簡便。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)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)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)汽車中有著很好的應(yīng)用前景。

　　永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)典型的永磁無刷直流電動(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，因而永磁無刷直流電動(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法來芫成。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動(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，提供直軸去磁磁勢來削弱定子繞組中的磁鏈。

　　永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的不足永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十干瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(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)生過載。永磁無刷直流電動(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)，從而使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。

　　2.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本性能開關(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)都要簡單，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只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(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min.效率可達(dá)854 ~934，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)子無永磁體，可允許較高溫升。

　　調(diào)速范圍競，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-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)汽車動(dòng)力性能要求。

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有高度的非線性特性，因此，它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜。它的控制系統(tǒng)包拮功率變換器、控制器和位置檢測器等，見。

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，無論通過正向電流或反向電流，其轉(zhuǎn)矩方向不變，不要求電流作周期換向，每相只需要一個(gè)容量較小的功率開關(guān)管，功率變換器電路較簡單，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。

　　控制器由微處理器、數(shù)字邏輯電路和接口電路等元件組成。微處理器根據(jù)駕駛員輸入的命令，同時(shí)對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動(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，來控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)適應(yīng)電動(dòng)汽車不同工況條件下運(yùn)行。控制器性能好壞和調(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。

　　開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)需要高精度的位置檢測器，來為控制系統(tǒng)提供電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和電流的變化倍號，并要求有較高的開關(guān)頻率以降低開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的聲。

　　2.4.3開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的不足開關(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，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(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)，聲是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的聲芫全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(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，所以在直流母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波3電動(dòng)汽車采用的各種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)性能比較電動(dòng)汽車在不同的歷史時(shí)期采用了不同的電動(dòng)機(jī)，最早基本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)、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(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)汽車所采用的各種電動(dòng)機(jī)的基本性能比較。目前交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生表1現(xiàn)代電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的基本性能比較項(xiàng)目直流感應(yīng)永磁無刷開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率密度低中高較高峰值效率/%負(fù)荷效率/%轉(zhuǎn)速范圍（r/min）可靠性一般好優(yōu)秀好結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)秀電機(jī)的外形尺寸大中小電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量重中輕電動(dòng)機(jī)成本/控制作性能最好好控制器成本低高一般產(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，將能夠滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求，并使電動(dòng)汽車整車價(jià)格降低。

　　4結(jié)論通過系統(tǒng)地分析和比較后認(rèn)為永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)綜合性能超過其它電動(dòng)機(jī)，有可能是當(dāng)前電動(dòng)汽車的最佳選擇。

　　除本文討論的幾種電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)外，根據(jù)特殊需要，還可以選擇永磁階躍電動(dòng)機(jī)以及橫向磁通量電動(dòng)機(jī)等特種電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。