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，使用電動汽車無疑是一種很有希望的方案。　　現(xiàn)代電動汽車是融合了電力、

　　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，使用電動汽車無疑是一種很有希望的方案。

　　現(xiàn)代電動汽車是融合了電力、電子、機械控制、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。整體的運行性能、經(jīng)濟性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)一般由4個主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動機及傳感器。目前電動汽車中使用的電動機一般有直流電動機、感應(yīng)電動機、開關(guān)磁阻電動機以及永磁無刷電動機等。

　　電動汽車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。

　　另外還要求電動汽車用電動機可靠性好，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)運行時聲低，使用維修方便，價格便宜等-21. 2電動汽車用電動機的種類和控制方法直流電動機有刷直流電動機的主要優(yōu)點是控制簡單、技術(shù)成熟。具有交流電機不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開發(fā)的電動汽車上多采用直流電動機，即使到現(xiàn)在，還有一些電動汽車上仍使用直流電動機來驅(qū)動。但由于存在電刷和機械換向器，不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高，而且如果長時間運行，勢必要經(jīng)常維護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，限制了電機轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進一步提高。鑒于直流電動機存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機123. 2.2交流三相感應(yīng)電動機交流三相感應(yīng)電動機的基本性能交流三相感應(yīng)電動機是應(yīng)用得最廣泛的電動機。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，運行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動機的功率覆蓋面很競廣，轉(zhuǎn)速達到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。與同樣功率的直流電動機相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格便宜，維修方便。

　　2.2.2交流感應(yīng)電動機的控制系統(tǒng)由于交流三相感應(yīng)電動機不能直接使用蓄電池供給的直流電，另外交流三相感應(yīng)電動機具有非線性輸出特性。因此，在采用交流三相感應(yīng)電動機的電動汽車上，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)的交流電來實現(xiàn)對交流三相電動機的控制。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)電動機的勵磁繞組交流電的頻率和輸入交流三相感應(yīng)電動機的端電壓進行諧調(diào)控制，控制交流三相感應(yīng)電動機旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)改變交流三相感應(yīng)電動機轉(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)電動機能夠在電動汽車上得到廣泛應(yīng)用。

　　2.2.3交流三相感應(yīng)電動機的不足交流三相感應(yīng)電動機的耗電量較大，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運轉(zhuǎn)時需要保證對交流三相感應(yīng)電動機的冷卻，否則會損壞電動機。交流三相感應(yīng)電動機的功率因數(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)電動機的控制系統(tǒng)的造價遠遠高于交流三相感應(yīng)電動機本身，增加了電動汽車的成本。另外交流三相感應(yīng)電動機的調(diào)速性也較差。

　　2.3永磁無刷直流電動機永磁無刷直流電動機的基本性能永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。

　　它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有換向器和電刷組成的機械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有無線電干擾，寒命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行。永磁無刷直流電動機與其它電動機系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應(yīng)用前景。

　　永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)典型的永磁無刷直流電動機是一種準(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機系統(tǒng)非常適合于運行在恒轉(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。為進一步擴充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動機也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實質(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。

　　永磁無刷直流電動機的不足永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小，最大功率僅幾十干瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機在恒功率模式下，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機的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。

　　2.4開關(guān)磁阻電動機開關(guān)磁阻電動機的基本性能開關(guān)磁阻電動機是一種新型電動機，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉(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，維護修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達15000r/min.效率可達854 ~934，比交流感應(yīng)電動機要高。損耗主要在定子，電機易于冷卻；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。

　　更加適合電動汽車動力性能要求。

　　開關(guān)磁阻電動機的控制系統(tǒng)開關(guān)磁阻電動機具有高度的非線性特性，因此，它的驅(qū)動系統(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)磁阻電動機的勵磁繞組，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，每相只需要一個容量較小的功率開關(guān)管，功率變換器電路較簡單，不會出現(xiàn)直通故障，可靠性好，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動和四象限運行，具有較強的再生制動能力。成本比交流三相感應(yīng)電動機的逆變器控制系統(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，同時對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動機轉(zhuǎn)子位置，進行分析、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)磁阻電動機適應(yīng)電動汽車不同工況條件下運行。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)磁阻電動機需要高精度的位置檢測器，來為控制系統(tǒng)提供電動機轉(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)磁阻電動機的聲。

　　2.4.3開關(guān)磁阻電動機的不足開關(guān)磁阻電動機的控制系統(tǒng)比其他電動機的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動機的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，聲是開關(guān)磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究表明，采用合理的設(shè)計、制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動機的聲芫全可以得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電動機輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波3電動汽車采用的各種驅(qū)動電動機性能比較電動汽車在不同的歷史時期采用了不同的電動機，最早基本是采用了控制性能最好和成本較低的直流電動機。隨著電機技術(shù)、機械制造技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電動機、永磁無刷直流電動機和開關(guān)磁阻電動機顯示出比直流電動機更加優(yōu)越的性能，在電動汽車上，這些電動機逐步取代了直流電動機。表1為現(xiàn)代電動汽車所采用的各種電動機的基本性能比較。目前交流三相感應(yīng)電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機以及它們的控制裝置，成本還比較高，形成批量生表1現(xiàn)代電動汽車驅(qū)動電動機的基本性能比較項目直流感應(yīng)永磁無刷開關(guān)磁阻電動機直流電動機電動機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)的堅固性差好一般優(yōu)秀電機的外形尺寸大中小電動機的質(zhì)量重中輕電動機成本/控制作性能最好好控制器成本低高一般產(chǎn)以后，這些電動機和單元控制裝置的價格會迅速降低，將能夠滿足經(jīng)濟效益的要求，并使電動汽車整車價格降低。

　　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機和開關(guān)磁阻電動機綜合性能超過其它電動機，有可能是當(dāng)前電動汽車的最佳選擇。

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