1、 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)及其發(fā)展研究摘要：隨著社會(huì)和科技的高速發(fā)展，人們不斷的向環(huán)境索取一切，造成環(huán)境的破壞。環(huán)境和能源問(wèn)題日益引起全球的高度重視,因此研發(fā)節(jié)約能源、少污染甚至無(wú)污染的綠色汽車(chē)已成為全球的熱點(diǎn)，這也使得電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)正在加速發(fā)展。正因電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，而作為發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一的電機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展。本文主要分析了電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷史和電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，還描述了國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r對(duì)比和電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與普通工業(yè)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差別，以及分析了電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，闡述了電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的概念和電機(jī)技術(shù)的類(lèi)型，以及對(duì)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展提出了戰(zhàn)略性的

2、意見(jiàn)。關(guān)鍵字：電動(dòng)汽車(chē) 電機(jī)技術(shù) 電機(jī)種類(lèi) 應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)Abstract: with the rapid development of society and science and technology, people are constantly to the environment for all, causing the destruction of the environment. Environmental and energy problem increasingly has drawn great attention of the world, so the research

3、 and development of saving energy, less pollution, and even no pollution green cars has become a global hot spot, which makes the electric car technology are accelerating. Because of the rapid development of electric vehicles, and as one of the key technologies in the development of the electric car

4、 motor technology is also in constant development. This article mainly analyzes the electric car motor technology development history and application, also describes the electric car motor technology development status at home and abroad contrast and electric cars with motor drive system and the com

5、mon industrial motor drive system, and analyzes the technical problems existing in the development process of electric car motor, expounds the concept of the electric car motor technology and the type of motor technology, the development of electrical technology and put forward the strategic advice.

6、 Key words: electric cars, motor technology, motor types, application , development trend 引言：電動(dòng)汽車(chē)以電能為能源，具有零排放無(wú)污染的突出優(yōu)點(diǎn)，以解決環(huán)保需求與能源危機(jī)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，因此其發(fā)展受到全球廣泛關(guān)注。電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展有賴(lài)于技術(shù)的進(jìn)步,尤其是需要進(jìn)一步提高其動(dòng)力系統(tǒng)的性能,降低其成本。而當(dāng)前制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的最關(guān)鍵問(wèn)題之一就是電動(dòng)機(jī)。1 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的概述1.1 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)1的組成包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)

7、的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動(dòng)汽車(chē)的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相同。電動(dòng)汽車(chē)基本上分為三類(lèi)，第一類(lèi)是完全由蓄電池推進(jìn)的純電動(dòng)汽車(chē)；第二類(lèi)是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，它的動(dòng)力來(lái)自?xún)蓚€(gè)途徑，一個(gè)途徑是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的，另外一個(gè)途徑是由電動(dòng)機(jī)提供的；第三類(lèi)是燃料電池電動(dòng)汽車(chē)，它在驅(qū)動(dòng)方面是電能驅(qū)動(dòng)，但是能量的載體是燃料電池H2。作為世界能源消耗大國(guó)和環(huán)境保護(hù)重要力量，中國(guó)積極實(shí)施電動(dòng)汽車(chē)科技戰(zhàn)略，促進(jìn)汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，培育和發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)，并取得了一定效果，但仍然面臨著政策環(huán)境亟需完善、工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、國(guó)際

8、競(jìng)爭(zhēng)力弱、開(kāi)放協(xié)同創(chuàng)新環(huán)境差、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)低、個(gè)別關(guān)鍵技術(shù)有待加強(qiáng)、車(chē)輛成本高、商業(yè)模式探索不充分等問(wèn)題。本報(bào)告在簡(jiǎn)要分析國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀和階段特點(diǎn)基礎(chǔ)上，著重總結(jié)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)的發(fā)展歷程，構(gòu)成我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)建設(shè)所需的政策、標(biāo)準(zhǔn)、組織保障體系發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合新能源汽車(chē)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育和發(fā)展，提出完善我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)社會(huì)發(fā)展的建議1。1.2 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一是驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制系統(tǒng)，它的選擇直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)的性能及開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難度。電動(dòng)汽車(chē)在不同的歷史時(shí)期采用了不同的電機(jī)，最開(kāi)始采用了控制性能較好并且成本較低的直

9、流有刷電機(jī)(DCM)。隨著電力電子技術(shù)及電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，永磁無(wú)刷電機(jī) (PM)、交流感應(yīng)電機(jī) (IM)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) (SRM)顯示出了比直流電動(dòng)機(jī)更加優(yōu)越的性能，并已經(jīng)逐漸淘汰了直流電動(dòng)機(jī)。美國(guó)和德國(guó)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)大多采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低、效率高、質(zhì)量輕，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小2。日本研制的電動(dòng)汽車(chē)幾乎全部使用永磁無(wú)刷電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是效率比交流感應(yīng)電機(jī)高，但價(jià)格較貴，永磁材料一般耐熱 1 800以下。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本較低、起動(dòng)性能好，沒(méi)有大的沖擊電流，它兼有交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是噪聲較大。2 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)探析2.1 電

10、動(dòng)機(jī)車(chē)電機(jī)的種類(lèi)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)種類(lèi)多，用途廣泛，功率的覆蓋面很大。1、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)20 世紀(jì) 90 年代前開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)通常采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有控制器簡(jiǎn)單、成本低、易于平滑調(diào)速、控制相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但由于直流電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中需要電刷和機(jī)械換向器換向，使電機(jī)的效率和轉(zhuǎn)速降低。電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)可以運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，也可以運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在起動(dòng)、加速和恒速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的變換，以此驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)減速、制動(dòng)時(shí)，控制直流電機(jī)處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，即處于再生制動(dòng)狀態(tài)，給蓄電池充電。電動(dòng)汽車(chē)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的直流電機(jī)通常采用

11、串勵(lì)電機(jī)和他勵(lì)電機(jī)。2、永磁電機(jī)(PMM)PMM根據(jù)輸入電機(jī)接線端的電流可分為永磁直流電機(jī)(PMDCM)和永磁交流電機(jī)亦稱(chēng)永磁無(wú)刷電機(jī)(PMBLM),PMBLM又包括永磁同步電機(jī)(PMSM)、永磁無(wú)刷直流電機(jī)(PMBLDCM)和永磁混合電機(jī)三種。PMM的控制方式與IM基本相同,是當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的研發(fā)熱點(diǎn)。其中永磁電機(jī)有包括永磁直流電機(jī)(PMDCM)、永磁同步電機(jī)(PMSM)、永磁無(wú)刷直流電機(jī)(PMBLDCM)、永磁混合電機(jī)(PMHM)。1)永磁直流電機(jī)(PMDCM)若勵(lì)磁線圈和磁極用永磁體代替,傳統(tǒng)的繞線式直流電機(jī)就變成了PMDCM。PMDCM功率密度和效率較高,電樞反應(yīng)減少,換向器得以改善

12、。這些優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了它在電動(dòng)車(chē)上的應(yīng)用。但因其換向器會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng),同時(shí)其電刷會(huì)帶來(lái)摩擦和射頻干擾(RFI),并且它們都需要定期維護(hù),因而PM-DCM的應(yīng)用不再有吸引力。不過(guò)由于這類(lèi)電機(jī)控制簡(jiǎn)單,在小功率的電動(dòng)車(chē)如電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)三輪車(chē)中仍有所應(yīng)用。2)永磁同步電機(jī)(PMSM)如果永磁體代替勵(lì)磁繞組,傳統(tǒng)的同步電機(jī)就變成了永磁同步電機(jī)。PMSM的定子與傳統(tǒng)的同步電機(jī)相同,轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵作成磁極。其轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于電源頻率。正弦波定子電流和正弦反電動(dòng)勢(shì)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。PMSM產(chǎn)生的是理想的恒轉(zhuǎn)矩或稱(chēng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上安裝的位置不同,PMSM可分為表面式(

13、SPM)和內(nèi)置式(IPM)。PMSM可采用圓柱形徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或盤(pán)式軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu),由于其功率密度和效率高、體積小、慣性低、響應(yīng)快以及調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn),使其成為電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)中強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者,發(fā)展前景最為廣闊,已在國(guó)內(nèi)外多種電動(dòng)汽車(chē)中獲得應(yīng)用。美國(guó)和日本在PMSM的研發(fā)方面居領(lǐng)先地位。正在開(kāi)發(fā)的新型PMSM有:帶輔助磁極的PMSM,爪形結(jié)構(gòu)的PMSM和混合勵(lì)磁型PMSM等3。3)永磁無(wú)刷直流電機(jī)(PMBLDCM)若交換PMDLCM的定子和轉(zhuǎn)子,就成了PMBDC。PMBLDCM的轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵做磁極,磁鐵被插入轉(zhuǎn)子內(nèi),或以瓦形固定在轉(zhuǎn)子表面上,所以其轉(zhuǎn)子磁路是各向均勻的。轉(zhuǎn)子上無(wú)電刷和換向器,

14、不再用勵(lì)磁繞組、集電環(huán)和電刷等來(lái)為轉(zhuǎn)子輸入勵(lì)磁電流。其定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法,同IM十分相似。PMBLDCM的綜合效率和功率密度高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、免維修或少維修、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、出力大。如果能很好地解決其控制和驅(qū)動(dòng)問(wèn)題,PMBLDCM將在電動(dòng)汽車(chē)中有十分廣闊的應(yīng)用前景。4)永磁混合電機(jī)(PMHM)在PMDCM中加入附加勵(lì)磁繞組,使其既有永磁體又有勵(lì)磁繞組,就成了一種新型的PMDCM即永磁混合電機(jī)。勵(lì)磁繞組固定在定子上,永磁體通常嵌入轉(zhuǎn)子中。由于在轉(zhuǎn)子中嵌入了附加勵(lì)磁繞組,使轉(zhuǎn)速范圍加寬,因此控制這種電機(jī)的關(guān)鍵就是控制勵(lì)磁電流。在高速恒功率區(qū)運(yùn)行時(shí),對(duì)永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行

15、的是弱控制。PMHM一般采用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。因永磁體磁導(dǎo)率低,串聯(lián)結(jié)構(gòu)通常要求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比較高,所以沒(méi)有并聯(lián)結(jié)構(gòu)受人們的青睞。PMHM的優(yōu)點(diǎn)有:漏磁最小、結(jié)構(gòu)緊湊、氣隙磁通密度和功率密度高,轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性能滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)的特殊要求,恒功率運(yùn)行的速度范圍顯著提高,適當(dāng)調(diào)節(jié)電源電壓和勵(lì)磁電流,可以提高電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)性能。此類(lèi)電機(jī)的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。最新的研究方向是開(kāi)發(fā)用于電動(dòng)車(chē)的PMHM4。3、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)SRM是一種新型的調(diào)速電機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊片組成,采用“凸極”結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組、滑環(huán)和永久磁體,只在定子上安裝有簡(jiǎn)單的集中勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組的端部較短,沒(méi)有相間跨接線,磁通

16、量集中于磁極區(qū),通過(guò)定子電流來(lái)勵(lì)磁。各相磁路的磁阻是隨轉(zhuǎn)子位置不同而變化。轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠磁引力來(lái)運(yùn)行,轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。根據(jù)SRM的轉(zhuǎn)子和定子的不同極數(shù),有多種組合方式,最常見(jiàn)的是三相6/4結(jié)構(gòu)和四相8/6結(jié)構(gòu)。表 1 給出了直流電機(jī)、永磁電機(jī)、交流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的性能比較。2.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的對(duì)比近年來(lái)美、歐開(kāi)發(fā)的電動(dòng)客車(chē)多采用交流異步電機(jī)，國(guó)外典型產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表2。為了降低車(chē)重，電機(jī)殼體大多采用鑄鋁材料，電機(jī)恒功率范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)基速的22.5倍。日本近年來(lái)問(wèn)世的電動(dòng)汽車(chē)大多采用永磁同步電機(jī)。產(chǎn)品功率等級(jí)覆蓋3123kW，電機(jī)恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速可

17、達(dá)基速的5倍5。在國(guó)內(nèi)，有學(xué)者通過(guò)SVPWM 過(guò)調(diào)制策略提高了電機(jī)在弱磁運(yùn)行區(qū)域的定子電壓、輸出轉(zhuǎn)矩和功率消除過(guò)調(diào)制引起的逆變器輸出電壓控制規(guī)律非線性的影響。另外對(duì)基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，強(qiáng)調(diào)了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的一些特殊要求及磁鏈估計(jì)模型的重要性。還有通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制和模糊 PID 控制器地基礎(chǔ)上建立了電動(dòng)汽車(chē)用異步電動(dòng)機(jī)模糊矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，基于電流偏差的解耦控制方法，有效提高了解耦控制的參數(shù)魯棒性，保證了電流調(diào)節(jié)器在寬調(diào)速的性能。另外以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)模糊控制實(shí)時(shí)性好和預(yù)測(cè)控制的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，構(gòu)造了模糊預(yù)測(cè)協(xié)調(diào)控制器，提高了

18、控制系統(tǒng)的性能，并且一種基于模糊規(guī)則進(jìn)行切換的控制規(guī)則，可以很好的解決了兩種控制在切換時(shí)發(fā)生的擾動(dòng)的問(wèn)題。另一種是魯棒性控制方法。在電流環(huán)，基于內(nèi)模控制，設(shè)計(jì)了電流解耦控制器，改善了電流環(huán)性能，并且控制只有一個(gè)可調(diào)參數(shù)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。在速度環(huán)采用魯棒性控制方法，在所有的魯棒控制方案中，這種基于直接擾動(dòng)消除的方法是一種簡(jiǎn)單而且實(shí)用的方法。國(guó)內(nèi)通過(guò)這些年的發(fā)展，已經(jīng)解決了一些電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上問(wèn)題。2.3 電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與普通工業(yè)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差別(l)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高功率密度的意義不僅在于能夠滿(mǎn)足整車(chē)的緊湊空間約束外,更重要的是,它是降低系統(tǒng)成本的最重要途徑。因此,車(chē)用電機(jī)設(shè)計(jì)飽和程度較

19、高,導(dǎo)致了電機(jī)控制中必須處理參數(shù)非線性問(wèn)題;車(chē)用電機(jī)控制器追求提升IGBT的利用率(雙面冷卻)、組件級(jí)集成與高效熱管理等;(2)在效率方面,電動(dòng)汽車(chē)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作區(qū)域?qū)?與之對(duì)應(yīng)全工作區(qū)域內(nèi)的效率優(yōu)化設(shè)計(jì)。在動(dòng)力性能方面,電動(dòng)汽車(chē)低速大轉(zhuǎn)矩需求要求電機(jī)設(shè)計(jì)與控制緊密結(jié)合,根據(jù)電機(jī)的參數(shù)特性實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制;在高速恒功率區(qū),由于電機(jī)反電勢(shì)接近供電電壓,電壓源車(chē)載型逆變器的控制裕度很小,弱磁控制中d、q軸電流正確跟蹤以寬弱磁比(即寬恒功率區(qū))是關(guān)鍵技術(shù);(3)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)另外一個(gè)重到寺點(diǎn)是使用環(huán)境惡劣:環(huán)境溫度從-如到+l25,最大振動(dòng)甚至大于l館,環(huán)境適應(yīng)性要求加大了車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)

20、系統(tǒng)高功率密度實(shí)現(xiàn)難度。面對(duì)電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用提出的上述要求,電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以概括為:永磁高效、電力電子集成和機(jī)電集成。2.4 電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在車(chē)用電機(jī)方面,包括直流電機(jī)、交流異步電機(jī)在內(nèi)的多種電機(jī)形式都在電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展歷史中得到了應(yīng)用。由于永磁同步電機(jī)具有功率密度高、全工作區(qū)域高效和動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn),從上世紀(jì)90年代以來(lái)就是電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)的首選。相關(guān)科研工作主要圍繞提高功率密度、電機(jī)效率和滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)性能開(kāi)展了基于設(shè)計(jì)平面理論的電動(dòng)汽車(chē)用永磁電機(jī)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，等研究工作。近年來(lái)由于永磁材料價(jià)格的大幅上升,使得高效交流異步電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等被研究人員重拾話題。電動(dòng)汽

21、車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在制造工藝上與工業(yè)應(yīng)用電機(jī)也有所不同。工業(yè)應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用交流異步電機(jī), 汽車(chē)采用永磁電機(jī)。電機(jī)主要可以分為機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸幾大組件。相當(dāng)于車(chē)用電機(jī)功率等級(jí)的工業(yè)用交流異步電機(jī)采用風(fēng)冷或自然冷卻,機(jī)殼常采用鋁型材加工。車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液體冷卻,機(jī)殼需要經(jīng)過(guò)鑄造、機(jī)加工和焊接藝,能經(jīng)受高壓力、劇烈環(huán)境溫度變化和振動(dòng)的鋁焊接工業(yè)是車(chē)用電機(jī)機(jī)殼制造的難點(diǎn)。在定子制造方面,車(chē)用永磁電機(jī)的定子部分采用了分段拼接式結(jié)構(gòu)以提升生產(chǎn)效率。該定子結(jié)構(gòu)采用自動(dòng)繞線機(jī)實(shí)現(xiàn)定子繞組嵌線,提升了效率和成品率。此外,車(chē)用永磁電機(jī)采用的硅鋼片也較工業(yè)電機(jī)更薄、損耗更小,對(duì)鐵心疊裝工藝提出了

22、新要求。在轉(zhuǎn)子制造方面,車(chē)用永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子鑲嵌高性能鉸鐵硼磁鋼,為提高生產(chǎn)率需要采用充磁機(jī)進(jìn)行整體充磁,整體充磁技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)用永磁電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。總之,車(chē)用永磁電機(jī)在原材料、工藝和生產(chǎn)設(shè)備等方面與工業(yè)電機(jī)存在多處不同,在圖1中將不同之處用白邊框表示。2.5 目前電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)存在的問(wèn)題目前，電動(dòng)氣汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還存在很多問(wèn)題，需要整個(gè)行業(yè)共同去解決，主要問(wèn)題如下：1）世界范圍內(nèi)，現(xiàn)有車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法支撐電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模應(yīng)用，IGBT器件和電機(jī)材料利用率有待提高。2）國(guó)內(nèi)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和耐久性較低，而且缺乏可靠性和耐久性評(píng)價(jià)理論依據(jù)，無(wú)法通過(guò)設(shè)計(jì)和有限實(shí)驗(yàn)獲知電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)

23、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壽命。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的串聯(lián)可靠性模型，現(xiàn)有國(guó)際制定的可靠性測(cè)試工控仍參照發(fā)動(dòng)機(jī)考核，缺乏可靠性和耐久性評(píng)價(jià)理論依據(jù)。3）缺乏車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)MHz級(jí)高平準(zhǔn)確模型及驗(yàn)證手段，整車(chē)EMC問(wèn)題難以解決，是電動(dòng)汽車(chē)推廣應(yīng)用的另一重要技術(shù)障礙。基于理想拓?fù)浜屠硐腴_(kāi)關(guān)器件的車(chē)用電驅(qū)系統(tǒng)模型不能分析驗(yàn)證整車(chē)的EMC/EMI問(wèn)題，必須建立反應(yīng)有源器件功率開(kāi)關(guān)過(guò)程、無(wú)源器件（母排、電容及電阻等）自身和互聯(lián)雜散參數(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子、軸承耦合的高頻等效電路模型，結(jié)合控制算法，構(gòu)建全時(shí)域系統(tǒng)級(jí)車(chē)用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC模型，才能精確分析預(yù)測(cè)EMC問(wèn)題。4）缺乏與提升材料利用率、建立可靠性和電池兼容模型等有關(guān)的

24、一些基本模型，是車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)突破的理論障礙。例如電機(jī)高功率密度化后，磁場(chǎng)飽和和波形畸變嚴(yán)重，鐵心材料的鐵損耗與基于正弦、脈振和線性假設(shè)的理想模型預(yù)測(cè)值相差甚遠(yuǎn)，需要建立新型的鐵損耗模型。總之，電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，需要電機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步突破，需要綜合利用過(guò)渡技術(shù)（曾程式、插電式混合等），需要充電設(shè)施不斷完善。3 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和展望3.1 我國(guó)車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)有 3 個(gè)技術(shù)發(fā)展方向：永磁化、數(shù)字化和集成化。永磁化是指永磁電機(jī)具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。采用矢量控制的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，可使永磁電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍。數(shù)字化不僅包括驅(qū)動(dòng)控制的數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)到數(shù)控

25、系統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測(cè)量單元數(shù)字化。用軟件最大程度上地代替硬件，除完成要求的控制功能外，還可以具有保護(hù)、故障監(jiān)控、自診斷等其他功能。電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用一個(gè)很大的特征是電機(jī)系統(tǒng)的集成化。主要體現(xiàn)在 2 個(gè)方面的集成化：(1) 電機(jī)方面。電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)總成、電機(jī)與變速箱總成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)向著集成化的方向發(fā)展有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和體積，并可以有效的降低系統(tǒng)的制造成本。(2) 控制器方面。電力電子總成(功率器件、驅(qū)動(dòng)、控制、傳感器、電源等 )。這種集成方法可以較好地解決不同工藝的電路之間的組合和高電壓隔離等問(wèn)題，具有較高的集成度，也可以比較有效地減小體積和質(zhì)量，國(guó)外的大陸公司、博世等公司已有小

26、批量生產(chǎn)能力。國(guó)內(nèi)廠商剛起步，還存在分布參數(shù)、電磁兼容、傳熱等具有較高難度的技術(shù)問(wèn)題，并且尚不能有效地降低成本，達(dá)到較高的可靠性。在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)也在向產(chǎn)業(yè)化、多品種、小批量規(guī)模化生產(chǎn)模式靠攏，在目前階段需要特別解決多品種、小批量柔性生產(chǎn)的工藝和工程化問(wèn)題6。3.2 行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)行業(yè)基本情況,汽車(chē)電機(jī)總的發(fā)展方向是,產(chǎn)品向永磁化、無(wú)刷化、智能化、高性能化、組合化、機(jī)電一體化方向發(fā)展;生產(chǎn)向?qū)I(yè)化、大批量、高效率發(fā)展;測(cè)試技術(shù)向高效、自動(dòng)化發(fā)展。為了滿(mǎn)足日益廣闊的市場(chǎng)需求,也重視生產(chǎn)低價(jià)格的品種。3.3 設(shè)計(jì)技術(shù)方向隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,應(yīng)著重和大力開(kāi)展汽車(chē)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究,以提高產(chǎn)品的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),克服僅靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的局面。另外,應(yīng)推進(jìn)產(chǎn)品可靠性研究工作,開(kāi)展可靠性試驗(yàn)方法、失效模式和可靠