电动汽车用电机的技术发展概况

电动汽车用电机的技术发展概况

蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后,19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，使生产和消费从工业化向自动化、智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。

21世纪开始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上。虽然，汽车工业是推动社会现代化进程的重要动力；然而，汽车工业的发展也带来了环境污染愈烈和能源消耗过多两大问题。而对于我国日益扩大的汽车市场，这种危机就更明显。据了解，2000年我国进口汽油7000万吨，预计2010年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产量。目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国，而国家环保中心预测，2010年汽车尾气排放量将占空气污染源的64%。虽然，加剧使用传统内燃机技术发展汽车工业，将会给我国的能源安全和环境保护造成巨大的影响。为此，国家科技部启动了十五863电动汽车重大专项。

高密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是电动汽车的心脏又是电动汽车研制的关键技术之一，已被列为863电动汽车重大专项的共性关键技术课题。20世纪80年代前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺点是有机械换向器，当在高速大负载下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目前一般已不采用。

近十年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电机系统。与原有的直流牵引电机系统相比，具有明显优势，其突出优点是体积小，质量轻（其比质量为0.5-1.0kg/Kw）、效率高、基本免维护、调速范围广。其研究开发现状和发展趋势如下。

1.异步电机驱动系统

·异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。

·异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。

·最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。

2.无刷永磁同步电机驱动系统

无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者，已在国内外多种电动车辆中获得应用。

·内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩，磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速，扩大恒功率范围运行。内置式永磁同步电机驱动系统的设计理论正在不断完善和继续深入，该机结构灵活，设计自由度大，有望得到高性能，适合用作电动汽车高效、高密度、宽调速牵引驱动。这些引起了各大汽车公司同行们的关注，特别是获得了日本汽车公司同行的青睐。当前，美国汽车公司同行在新车型设计中主要采用内置式永磁同步电机。

·表面凸出式永磁同步电机也称为永磁转矩电机，相对内置式永磁同步电机而言，其弱磁调速范围小，功率密度低。该结构电机动态响应快，并可望得到低转矩脉动，适合用作汽车的电子伺服驱动，如汽车电子动力方向盘的伺服电机。

·无位置传感器永磁同步电机驱动系统也是当前永磁同步电机驱动系统研究的一个热点，