電動(dòng)汽車電機(jī)的國內(nèi)外技現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

電動(dòng)汽車電機(jī)的國內(nèi)外技現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)汽車電機(jī)的國內(nèi)外技現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)電動(dòng)汽車用電機(jī)的種類及各自特點(diǎn)未來電動(dòng)汽車用電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)結(jié)束語目錄12341、電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)

石油能源是不可再生能源和污染性能源，隨著我國汽車保有量的逐年攀升，汽車尾氣污染日益成為大氣主要污染源之一。為了實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，節(jié)省能源，降低污染物排放，以電力發(fā)電來替代燃油發(fā)電的電動(dòng)汽車逐漸成為了新寵。

近年來，政府在政策等各個(gè)方面給予電動(dòng)汽車許多優(yōu)惠條件，旨在鼓勵(lì)、發(fā)展和使用電動(dòng)汽車。作為電動(dòng)汽車的核心組成部件，不論是純電動(dòng)汽車（EV）、混合電動(dòng)汽車（HEV）還是燃料電池汽車（FCEV），電機(jī)控制系統(tǒng)都是其核心的關(guān)鍵性組成部件，是電動(dòng)汽車整車功能的集成和優(yōu)化的最為核心的單元部件，電控系統(tǒng)的安全可靠性如何會(huì)直接影響到整個(gè)電動(dòng)汽車運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，可以說，電動(dòng)汽車中的電機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)信息化轉(zhuǎn)型的重要方面內(nèi)容。2、國內(nèi)電動(dòng)汽車用電機(jī)的種類及各自特點(diǎn)2.1、直流電動(dòng)機(jī)（DC）2.2、異步電動(dòng)機(jī)（IM）2.3、永磁電動(dòng)機(jī)（BDCM和PMSN）2.4、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）各種電動(dòng)機(jī)的性能比較2.1、直流電動(dòng)機(jī)（DC）直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，是電動(dòng)汽車中較早使用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2.1.1直流電機(jī)原理

直流電動(dòng)機(jī)就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，是電動(dòng)機(jī)的主要類型之一。電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。

直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性2.1.2直流電機(jī)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)1）調(diào)速性能好。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無極調(diào)速，而調(diào)速范圍較寬。2）啟動(dòng)動(dòng)力矩大。3）控制比較簡(jiǎn)單。4）有易損件。直流電機(jī)機(jī)控制簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，控控制技術(shù)術(shù)成熟，，一般通通過電樞樞控制和和弱磁控控制來控控制轉(zhuǎn)速速，為滿滿足電動(dòng)動(dòng)汽車運(yùn)運(yùn)行要求求，通常常在恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩區(qū)采采用電樞樞控制以以得到較較大的平平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩矩，在恒恒功率區(qū)區(qū)采用弱弱磁控制制以得到到較高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。但但直流電電機(jī)利用用電刷實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械械換向，，電刷磨磨損很快快，需需要經(jīng)常常維護(hù)，，換向火火花的存存在限制制了電機(jī)機(jī)的高速速運(yùn)行，，且電機(jī)機(jī)體積大大，制造造成本高高。所以以新研制制的輪轂轂電機(jī)大大都不采采用直流流電機(jī)。。1.2異異步電機(jī)機(jī)異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)又稱稱感應(yīng)電電動(dòng)機(jī)，，根據(jù)電電磁力定定律，載載流的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體體在磁場(chǎng)場(chǎng)中受到到電磁力力作用，，形成電電磁轉(zhuǎn)矩矩，驅(qū)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋旋轉(zhuǎn)，當(dāng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)機(jī)軸上帶帶機(jī)械負(fù)負(fù)載時(shí)，，便向外外輸出機(jī)機(jī)械能。。2.2.1異步步電機(jī)的的工作原原理三相異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)的種類類很多，，但各類類三相異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)是相同同的，它它們都由由定子和和轉(zhuǎn)子這這兩大基基本部分分組成，，在定子子和轉(zhuǎn)子子之間具具有一定定的氣隙隙。此外外，還有有端蓋、、軸承、、接線盒盒、吊環(huán)環(huán)等其他他附件當(dāng)繞組接接通三相相電源時(shí)時(shí)，就在在繞組中中產(chǎn)生一一個(gè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，，以n1的轉(zhuǎn)速速旋轉(zhuǎn)，，并以全全速切割割轉(zhuǎn)子，，在轉(zhuǎn)子子鼠籠中中產(chǎn)生感感應(yīng)電動(dòng)動(dòng)勢(shì)，因因?yàn)槭蠡\籠是閉合合的，此此電勢(shì)形形成電流流，產(chǎn)生生磁場(chǎng)，，與定子子的磁場(chǎng)場(chǎng)作用開開始旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、加速速。三相相異步電電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速永永遠(yuǎn)低于于旋轉(zhuǎn)磁磁場(chǎng)的同同步轉(zhuǎn)速速，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和旋旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)場(chǎng)間有相相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，從而而保證轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的閉閉合導(dǎo)體體切割磁磁力線，，感生電電流，產(chǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩矩。2.2.異異步電機(jī)機(jī)技術(shù)特特點(diǎn)及優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)1）基本特點(diǎn)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子繞組組不需與與其他電電源相連連，器定定子電流流直接取取自交流流電力系系統(tǒng)；與與其他電電動(dòng)機(jī)相相比，異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，制造造、使用用、維護(hù)護(hù)方便，，運(yùn)行可可靠性高高，質(zhì)量量輕，成成本低。。小型輕量量化。易易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速超過過10000r/min的的高速速旋轉(zhuǎn)。。高速低低轉(zhuǎn)矩時(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效效率高。。低速速時(shí)有高高轉(zhuǎn)矩，，以及有有寬泛的的速度控控制范圍圍。高可可靠性（（堅(jiān)固））。制造造成本低低?？乜刂蒲b置置的簡(jiǎn)單單化。異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)的基基本特點(diǎn)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組組不需與與其他電電源相連連，其定定子電流流直接取取自交流流電力系系統(tǒng)；與其他電電機(jī)相比比，異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單，，制造、、使用、、維護(hù)方方便，運(yùn)運(yùn)行可靠靠性高，，重量輕輕，成本本低。以以三相異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)為例例，與同同功率、、同轉(zhuǎn)速速的直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)相比，，前者重重量只及及后者的的二分之之一，成成本僅為為三分之之一。在在大功率率、低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速場(chǎng)合合(如拖拖動(dòng)球磨磨機(jī)、壓壓縮機(jī)等等)不如如用同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)合理。。2）局限性：：它的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與其其旋轉(zhuǎn)磁磁場(chǎng)的同同步轉(zhuǎn)速速有固定定的轉(zhuǎn)差差率，因因而轉(zhuǎn)速速性能較較差，在在要求有有較寬廣廣的平滑滑調(diào)速范范圍的使使用場(chǎng)合合，不如如直流電電動(dòng)機(jī)經(jīng)經(jīng)濟(jì)、方方便。此此外，運(yùn)運(yùn)行時(shí)從從電力系系統(tǒng)吸取取無功功功率以勵(lì)勵(lì)磁，這這回導(dǎo)致致電力系系統(tǒng)的功功率因數(shù)數(shù)變壞。。所以在大大功率、、低轉(zhuǎn)速速場(chǎng)合不不如同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)合理。。目前電電動(dòng)汽車車上主要要使用籠籠型異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)。2.3永永磁同步步電機(jī)永磁同步步電機(jī)具具有高效效、高控控制精度度、高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、良良好的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)穩(wěn)及低振振動(dòng)噪聲聲的特點(diǎn)點(diǎn)，通過過合理設(shè)設(shè)計(jì)永磁磁磁路結(jié)結(jié)構(gòu)能夠夠獲得較較高的弱弱磁性能能，能在在電動(dòng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)方面面具有很很高的應(yīng)應(yīng)用價(jià)值值。2.3.1永磁磁同步電電機(jī)的工工作原理理永磁同步步電機(jī)在在結(jié)構(gòu)上上與永磁磁無刷直直流電機(jī)機(jī)類似，只是它通通過正弦弦波驅(qū)動(dòng)動(dòng)。根據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)子上上永磁體體安裝方方式的不不同，一一般可以以分為表表面式和和內(nèi)置式式，其中中表面式式適用于于低速電電機(jī)，內(nèi)內(nèi)置式適適用于高高速電機(jī)機(jī)。相對(duì)對(duì)于無刷刷直流電電機(jī)，永永磁同步步電機(jī)具具有低噪噪聲，大大功率密密度，小小轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量，高高控制精精度等優(yōu)優(yōu)勢(shì)，并并且可以以實(shí)現(xiàn)弱弱磁調(diào)速速，提高高恒功率率運(yùn)行的的范圍，，特別適適合作為為電動(dòng)汽汽車用輪輪轂電機(jī)機(jī)。永磁磁同步電電機(jī)基于于三相交交流電供供電工作作，其數(shù)數(shù)學(xué)模型型比較復(fù)復(fù)雜，控控制方方法也非非常復(fù)雜雜。常用用的控制制方法有有矢量控控制和直直接轉(zhuǎn)矩矩控制。。2.3.2永磁磁同步電電機(jī)的特特點(diǎn)及優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)永磁同步步電機(jī)與與其他電電機(jī)相比比有以下下優(yōu)點(diǎn)：：（1）無無刷運(yùn)行行、結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、、運(yùn)行可可靠。（2）對(duì)對(duì)負(fù)載變變化而引引起的電電動(dòng)機(jī)擾擾動(dòng)有較較強(qiáng)的承承受能力力。（3）控控制簡(jiǎn)單單，控制制電源頻頻率就可可以控制制電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）可可以在很很低的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下保保持同步步運(yùn)行，，調(diào)速范范圍寬。。（5）體體積小，，質(zhì)量輕輕。永磁同步步電機(jī)與與有以下下缺點(diǎn)：：（1）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子為永永磁體，，無法調(diào)調(diào)節(jié)，必必須通過過加定子子直軸去去磁電流流分量來來削弱磁磁場(chǎng)，這這回增大大定子的的電流，，增加電電動(dòng)機(jī)的的銅耗。。（2)永永磁電動(dòng)動(dòng)機(jī)的磁磁鋼價(jià)格格較高。。由此可見見，永磁磁電動(dòng)機(jī)機(jī)體積小小，質(zhì)量量輕，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量小，功功率密度度高，適適合電動(dòng)動(dòng)汽空間間有限的的特點(diǎn)需需要；另另外轉(zhuǎn)矩矩慣量比比大，過過載能力力強(qiáng)，尤尤其低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)輸輸出轉(zhuǎn)巨巨大，適適合電動(dòng)動(dòng)機(jī)的啟啟動(dòng)加速速。因此此，永磁磁電動(dòng)機(jī)機(jī)得到國國內(nèi)外電電動(dòng)汽車車界的廣廣泛重視視，并得得到了普普遍應(yīng)用用。2.4開開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)是繼交交流電動(dòng)動(dòng)機(jī)和直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)后，，又一極極具發(fā)展展?jié)摿Φ牡男滦碗婋妱?dòng)機(jī)。。是集現(xiàn)現(xiàn)代微電電子技術(shù)術(shù)、數(shù)字字技術(shù)、、電力電電子技術(shù)術(shù)、紅外外光電技技術(shù)及現(xiàn)現(xiàn)代電磁磁理論、、設(shè)計(jì)和和制作技技術(shù)為一一體的光光、機(jī)、、電一體體化高新新技術(shù)。。它具有有調(diào)速系系統(tǒng)兼具具直流、、交流兩兩類調(diào)速速系統(tǒng)的的優(yōu)點(diǎn)。。2.4.1開關(guān)關(guān)磁阻電電動(dòng)機(jī)的的原理下圖為四相相8/6極極開關(guān)磁磁阻電機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)原理圖圖。SＲＲM的的定子繞繞組產(chǎn)生生的磁場(chǎng)場(chǎng)遵循““磁阻最最小原理理”，對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)產(chǎn)生磁拉拉力，從從而形成成磁阻性性質(zhì)的電電磁轉(zhuǎn)矩矩。2.4.2開關(guān)關(guān)磁阻電電動(dòng)機(jī)的的特點(diǎn)（1）開開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)有較大大的電動(dòng)動(dòng)機(jī)利用用系數(shù)，，可以是是感應(yīng)電電動(dòng)機(jī)利利用系數(shù)數(shù)的1.2~1.4倍倍。（2)具具有制造造工序少少、成本本低、工工作可靠靠、維修修量小等等特點(diǎn)。。(3)開開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)系系統(tǒng)SED線路路簡(jiǎn)單，，可靠性性高，成成本低于于PWM交流調(diào)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)。(4)開開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子的的結(jié)構(gòu)形形式對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速限制制小，可可制成高高轉(zhuǎn)速電電動(dòng)機(jī)，，而且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量小，在在電流每每次換相相時(shí)又可可以隨時(shí)時(shí)改變相相匝轉(zhuǎn)矩矩的大小小和方向向，因而而系統(tǒng)有有良好的的動(dòng)態(tài)響響應(yīng)。(5)由于SR開關(guān)關(guān)磁阻電電動(dòng)機(jī)采采用了獨(dú)獨(dú)特的結(jié)結(jié)構(gòu)和設(shè)設(shè)計(jì)方法法以及相相應(yīng)的控控制技巧巧，其單單位處理理可以與與感應(yīng)電電動(dòng)機(jī)相相媲美，，甚至還還略占優(yōu)優(yōu)勢(shì)。SRD系系統(tǒng)的效效率和功功率密度度在寬廣廣的速度度和負(fù)載載范圍內(nèi)內(nèi)都可以以維持在在教導(dǎo)水水平。開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)系系統(tǒng)SRD系統(tǒng)統(tǒng)的主要要缺點(diǎn)是是：(1)有有轉(zhuǎn)矩脈脈動(dòng)。從從工作原原理可知知，S開開關(guān)磁阻阻電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子上上產(chǎn)生的的轉(zhuǎn)矩是是由一些些列脈沖沖轉(zhuǎn)矩疊疊加而成成的，由由于雙凸凸極結(jié)構(gòu)構(gòu)和磁路路飽和非非線性的的影響，，合成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不是是一個(gè)恒恒定轉(zhuǎn)矩矩，而有有一定的的諧波分分量，這這影響了了SR電電動(dòng)機(jī)低低速運(yùn)行行性能。。(2)SR電電動(dòng)機(jī)傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的噪聲聲與震動(dòng)動(dòng)比一般般電動(dòng)機(jī)機(jī)大。(3)SR電動(dòng)動(dòng)機(jī)的出出線頭較較多，如如三相SR電電動(dòng)機(jī)至至少有四四根出線線頭，四四相SR電動(dòng)機(jī)機(jī)至少有有五根出出線頭，，而且還還有位置置檢測(cè)器器出線端端。3、電機(jī)發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)根據(jù)電動(dòng)動(dòng)汽車““十二五五”專項(xiàng)項(xiàng)規(guī)劃對(duì)對(duì)新能源源汽車驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)系統(tǒng)的的性能要要求：電電機(jī)功率率密度≥≥2.7kW/kg，，電機(jī)扭扭矩密度度≥55N··m/L，控制制器質(zhì)量量密度>6.0kV·A/kg，，控制器器體積密密度>8.0kV··A/L，系統(tǒng)統(tǒng)最高效效率>94%，，系統(tǒng)高高效區(qū)（（效率>80區(qū)區(qū)域））>75%，壽壽命30萬km。系系統(tǒng)成本本：乘用用車200元元/kW，商用用車300元元/kW[7]。另一一方面受受電池技技術(shù)的制制約，電電機(jī)的啟啟動(dòng)性能能、加速速性能、、低速時(shí)時(shí)的效率率、制動(dòng)動(dòng)及滑行行時(shí)的能能量再生生能力、、電機(jī)的的過載能能力、電電機(jī)的能能量密度度及電機(jī)機(jī)可靠性性是衡量量電動(dòng)車車輛驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)好好壞的重重要指標(biāo)標(biāo)。（1）驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)的功率率密度不不斷提高高。驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)作作為動(dòng)力力輸出源源，其自自身的性性能直接接影響到到了電動(dòng)動(dòng)汽車的的整體性性能。除除了需要要滿足不不同工況況不同車車型的需需求，還還要受車車內(nèi)空間間的限制制。這就就需要電電動(dòng)轎車車用電機(jī)機(jī)向高性性能和小小尺寸發(fā)發(fā)展。不不斷提高高電機(jī)本本身的功功率密度度，用相相對(duì)小巧巧的電機(jī)機(jī)發(fā)揮出出大的功功率成為為驅(qū)動(dòng)電電機(jī)未來來的發(fā)展展趨勢(shì)。。永磁電電機(jī)具有有高轉(zhuǎn)矩矩密度、、高功率率密度、、高效率率及高可可靠性等等優(yōu)點(diǎn)。。我國具具有世界界最為豐豐富的稀稀土資源源，因此此高效節(jié)節(jié)能、高高性能、、輕型化化永磁電電機(jī)是我我國車用用驅(qū)動(dòng)電電機(jī)的發(fā)發(fā)展方向向。（2）驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)高速化化，回饋饋制動(dòng)范范圍寬廣廣高效化化。通過過提高電電機(jī)的工工作轉(zhuǎn)速速，減小小電機(jī)的的體積和和質(zhì)量，，進(jìn)而拓拓寬回饋饋制動(dòng)的的范圍，，采用適適當(dāng)?shù)淖冏兯傧到y(tǒng)統(tǒng)及控制制策略，，可以使使回饋制制動(dòng)的允允許范圍圍拓寬而而適應(yīng)更更多工況況，使整整車節(jié)能能更加有有效，延延長行車車?yán)锍?。。?）驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)系統(tǒng)集集成化和和一體化化。未來來為了進(jìn)進(jìn)一步減減小驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)系系統(tǒng)質(zhì)量量和體積積，驅(qū)動(dòng)動(dòng)電機(jī)系系統(tǒng)的集集成化程程度將會(huì)會(huì)不斷提提高。電電機(jī)、電電機(jī)控制制器、變變速箱、、減速器器、DC-DC的的集成度度將會(huì)越越來越高高，從結(jié)結(jié)構(gòu)集成成到控制制集成化化和系統(tǒng)統(tǒng)集成化化，電機(jī)機(jī)和變速速箱的一一體化將將會(huì)越來來越明顯顯。（4）驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)數(shù)字字化。電電動(dòng)轎車車用電控控制系統(tǒng)統(tǒng)集成度度越來越越高