電機(jī)知識整理

1、直流電動機(jī)(DCM)n 優(yōu)點(diǎn)：直流電動機(jī)在電力驅(qū)動性能卓越，速度控制比較簡單，控制技術(shù)成熟。所以在早期的電動汽車上多采用直流電動機(jī)，特別是在公共運(yùn)輸汽車上。n 缺點(diǎn)：驅(qū)動系統(tǒng)體積大，效率與可靠性低，需經(jīng)常維護(hù)，電機(jī)帶有機(jī)械換向器(電刷)等原因，限制了電動機(jī)的過載能力和速度的進(jìn)一步提高。n 現(xiàn)狀：晶體管功率半導(dǎo)體的發(fā)展使交流感應(yīng)電動機(jī)和永磁電動機(jī)已趨于成熟，在新研制的混合動力電動汽車上已經(jīng)基本不用直流電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)（IM）n 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，對環(huán)境適應(yīng)性好，成本和維護(hù)費(fèi)用低，轉(zhuǎn)速范圍可達(dá)12000-15000r/min，效率較高，與直流電動機(jī)相比，體積可減小一半。驅(qū)動技術(shù)也最成熟，

2、是廣泛運(yùn)用的混合動力驅(qū)動電機(jī)。n 缺點(diǎn)：損耗高，需要對電機(jī)不斷冷卻，效率比永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)低，功率因素也比永磁無刷電動機(jī)低，對于高速度、大功率電機(jī)需要用大功率功率變化器，恒功率區(qū)域較小等等，這都對感應(yīng)電機(jī)在混合動力電動汽車中的應(yīng)用有很大的影響。n 現(xiàn)狀：是應(yīng)用最廣、生產(chǎn)量最大的電動機(jī)，在市場上所有的中小型電機(jī)中約占75%。n 應(yīng)用：l 美國GM公司的EVI采用功率為102kW的IM；l 菲亞特公司生產(chǎn)的Tempra并聯(lián)式混合動力電動汽車采用額定功率為21.5kW的IM；l Volvo生產(chǎn)的串聯(lián)式混合動力電動汽車采用2臺額定功率為65kW的IM；l 一汽解放客車CA6110HEV也采

3、用了IM。無刷直流電動機(jī)(BDCM)n 優(yōu)點(diǎn)：功率密度大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩密度高，易冷卻；n 缺點(diǎn)：采用方波驅(qū)動，存在一定程度的振動，控制精度不高；n 現(xiàn)狀：被應(yīng)用于大量的電動汽車上；n 應(yīng)用：l 清華大學(xué)研發(fā)的EV6580電動汽車采用BDCM；l 深圳明華生產(chǎn)的復(fù)合電動中巴等采用BDCM。永磁同步電機(jī)(PMSM)n 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上與無刷直流電動機(jī)相似，但采用正弦波驅(qū)動，所以在具備BDCM優(yōu)點(diǎn)的同時，還具有低噪聲，體積小，功率密度大，轉(zhuǎn)動慣量小，脈動轉(zhuǎn)矩小，高控制精度的特點(diǎn)，特別適用于混合動力電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，以達(dá)到減小系統(tǒng)體積，改善汽車加速性能和行駛平穩(wěn)度等目的；n 缺點(diǎn)：暫無資料n 現(xiàn)狀：受到

4、了全世界各大汽車生產(chǎn)廠家的重視，特別是日本在電動汽車用的PMSM及其控制方法上開展了很多研究，并取得了顯著的成果。n 應(yīng)用：l 豐田Prius混聯(lián)式混合動力電動汽車采用了額定功率為33kW 的PMSM；l 日本Nissan公司生產(chǎn)的Altra EV使用了額定功率為62kW的PMSM；l Honda公司的混合動力電動汽車Insight采用了額定功率為10kW的PMSM。開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)n 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單牢固，沒有換向器，轉(zhuǎn)子上沒有繞組和永磁體，只在定子上有集中繞組，維護(hù)修理容易，成本低，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速可高達(dá)15000-20000r/min，控制靈活，并能故障運(yùn)行；n 缺點(diǎn)：運(yùn)行時噪聲、

5、轉(zhuǎn)矩紋波大，強(qiáng)非線性，功率變換器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過多的電流波動和電磁干擾噪聲等嚴(yán)重的影響了它的運(yùn)用，控制方法還不夠成熟；n 現(xiàn)狀：作為一種新型的電動機(jī)越來越受到人們的注意，并被認(rèn)為是混合動力電動汽車驅(qū)動電機(jī)中最有潛力的電機(jī)之一。SRM本身可以運(yùn)行于極寬的恒功率區(qū)，轉(zhuǎn)矩-速度特性適合于電動汽車，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。SRM目前的電動汽車上應(yīng)用還較少。n 應(yīng)用：l 霍頓汽車公司的ECOmmodore；l 東風(fēng)汽車的EQ6110HEV公交車；l 二汽集團(tuán)開發(fā)的EQ6690型電動汽車采用SRMD?；旌蟿恿﹄姍C(jī)的工作區(qū)域汽車用電機(jī)傳動系統(tǒng)的特性曲線如下圖所示，這條特性曲

6、線分為兩個區(qū)域：n I區(qū)：恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，功率隨轉(zhuǎn)速的提高線性增加；n II區(qū)：恒功率區(qū)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的提高呈雙曲線衰減。對于城市工況下和山區(qū)旅游用汽車，經(jīng)常處于起動、停車，加速、減速的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速小，但要求輸出轉(zhuǎn)矩的變化較大，需要克服慣性阻力，因此這種工況下的汽車絕大多數(shù)時間運(yùn)行于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)中；對于行駛于高速公路上的汽車而言，汽車行駛比較平穩(wěn)，車速高，沒有特別大的加、減速情況，轉(zhuǎn)矩消耗比較小，主要用來克服行駛阻力，大多數(shù)時間運(yùn)行于恒功率區(qū)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展變壓變頻(VVVF) 開環(huán)調(diào)速：早期交流調(diào)速采用的控制方式，基頻以下采用恒壓頻比控制，低速時通過提升電壓來獲得大轉(zhuǎn)矩，基頻以上采用弱磁升速。開環(huán)調(diào)速

7、方式導(dǎo)致動態(tài)性能很差，另外在某些速度段的振蕩也影響了穩(wěn)態(tài)性能，由于實(shí)現(xiàn)簡單，目前仍廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)和泵類等對控制性能要求不高的場合?；铑l率控制：在VVVF開環(huán)調(diào)速之后出現(xiàn)，是一種基于電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的速度閉環(huán)控制方式，可以獲得比較好的穩(wěn)態(tài)性能，在早期的一些軋鋼、電力機(jī)車上得到了比較廣泛的應(yīng)用?；陔姍C(jī)穩(wěn)態(tài)模型的，在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩和磁鏈的變化并沒有得到很好的控制，因此動態(tài)性能比較差，不能滿足現(xiàn)代高性能調(diào)速的要求。變頻調(diào)速：20世紀(jì)50年代中期，晶閘管的研究開創(chuàng)了電力電子發(fā)展的新時代，同時也使交流調(diào)速產(chǎn)生了一次飛躍，告別低效耗能的不能調(diào)速或串電阻、電磁離合器等調(diào)速方式；其中：1964年引入了在通信領(lǐng)域

8、常用的脈寬調(diào)制(PWM)思想；1971年提出了交流電機(jī)磁場定向控制原理和定子電壓坐標(biāo)變換，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的矢量控制是交流調(diào)速史上的一次質(zhì)的飛躍。矢量控制通過引入坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解禍，這樣可以在保持磁場定向的情況下模仿直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，使交流電機(jī)的動態(tài)性能可以與直流電機(jī)相媲美。矢量控制使交流調(diào)速步入了高性能的調(diào)速時代，但卻引出了新的問題，比如控制對電機(jī)參數(shù)的依賴比較大，如果預(yù)先沒有準(zhǔn)確辨識電機(jī)參數(shù)，或電機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生了變化，將導(dǎo)致磁場定向不準(zhǔn)，并影響到轉(zhuǎn)矩輸出的動、靜態(tài)性能。1985年提出了直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)的方法采用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)

9、算和控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(Band-Band控制)產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它不需要對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行解禍，因此沒有復(fù)雜的坐標(biāo)變換，沒有通常的PWM信號發(fā)生器。他的控制思想簡單，控制手法直接，信號處理的物理概念明確。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，是一種具有高靜動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。現(xiàn)代功率器件技術(shù)的發(fā)展是非?？焖俚?。上世紀(jì)80年代以來以GTO,BJT,MOSFET為代表的自關(guān)斷器件得到了長足的發(fā)展，尤其是以IGBT, IGCT為代表的雙極型復(fù)合器件的驚人發(fā)展，使得電力電子器件

10、沿著大容量、高頻、易驅(qū)動、低損耗和智能模塊的方向推進(jìn)。伴隨著器件的發(fā)展，高壓大容量逆變器也日益高性能化。以IGBT為例，耐壓4500V和6500V的器件也開始商品化了。微電子技術(shù)的發(fā)展也是驚人的，尤其是DSP技術(shù)，以TI, AD和Motorala為代表的DSP研發(fā)和生產(chǎn)公司已經(jīng)使DSP的處理能力達(dá)到上百兆赫茲，這為復(fù)雜的高性能控制算法提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。矢量控制是一般應(yīng)用永磁同步電機(jī)(PMSM)系統(tǒng)中采用的優(yōu)良的控制方式。為擴(kuò)展電機(jī)速度范圍，許多PMSM系統(tǒng)采用弱磁控制策略，或采用與之本質(zhì)相同的相位超前控制策略。目前高性能電動汽車用PMSM系統(tǒng)也采用矢量控制方式，采用弱磁控制策略擴(kuò)展電動汽車的速

11、度范圍。但采用上述一般的PMSM系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用于電動汽車需要進(jìn)一步解決一些特殊的技術(shù)難題，例如保證汽車快速起動的動力學(xué)性能:提高車載蓄電池的有效利用以延長汽車一次充電續(xù)行里程:系統(tǒng)可靠性和魯棒性的保證等。起動、加速等動力學(xué)性能的提高是加速電動汽車實(shí)用化的關(guān)鍵之一，直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)與矢量控制相比具有更好的動態(tài)性能。目前，感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的電動汽車用DTC控制器已研制成功，但是永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩技術(shù)卻還不是很成熟。永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展現(xiàn)狀直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是繼矢量控制之后出現(xiàn)的一種新型交流調(diào)速技術(shù)，由德國的Depenbrock教授在1985年提出，控制對象是感應(yīng)電機(jī)。DTC問

12、世以來得到了國內(nèi)外學(xué)者們的強(qiáng)烈關(guān)注，并發(fā)表了大量關(guān)于研究感應(yīng)電機(jī)的DTC方法的論文。目前感應(yīng)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，在德國己經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段，主要應(yīng)用于大功率列車的主傳動系統(tǒng)中。基于直接轉(zhuǎn)矩控制的通用變頻器-ABB公司研制的ACS600也已經(jīng)出現(xiàn)，同時也出現(xiàn)了大量關(guān)于感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的電動汽車用直接轉(zhuǎn)矩控制的相關(guān)研究。永磁同步電機(jī)(PMSM)的直接轉(zhuǎn)矩控制與感應(yīng)電機(jī)相比，技術(shù)相對滯后。主要原因在于：由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的差異，Pu61M系統(tǒng)不能照搬感應(yīng)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制理論，諸如零空間電壓矢量對電機(jī)定子磁鏈與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的作用等;PMSM系統(tǒng)從矢量控制到直接轉(zhuǎn)矩控制的簡化程度遠(yuǎn)沒有感應(yīng)電機(jī)相

13、應(yīng)的簡化程度大，因此PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制還沒有受到足夠的重視。近年來，國外學(xué)者開始將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)引入到PMSM中，英國、意大利、芬蘭、美國、日本、澳大利亞、加拿大等國家的學(xué)者在PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制方式下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、弱磁、磁鏈選擇、無位置傳感控制、降低轉(zhuǎn)矩脈動、定子電阻辨識等方面都進(jìn)行了初步研究?？偟膩碇v，這方面的研究不多，更不夠深入，沒有出現(xiàn)實(shí)用化的成果。國內(nèi)在該方向上的研究很少，目前僅有南京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、天津大學(xué)等幾家單位剛剛開始相關(guān)的研究。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的諸多特點(diǎn)決定了其在混合電動汽車的電機(jī)傳動系統(tǒng)中有著非常實(shí)用的價(jià)值，將直接轉(zhuǎn)矩控制用于混合動力電動汽車將能全面提高電動

14、汽車各項(xiàng)性能。永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)由于永磁材料的使用，使得永磁同步電動機(jī)有如下共同特點(diǎn)：電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小，運(yùn)行轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動態(tài)響應(yīng)快速，過載能力強(qiáng)。同步電動機(jī)比異步電動機(jī)對電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的擾動具有更強(qiáng)的承受能力。異步電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)差也跟隨變化，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生相應(yīng)的變化，但是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量阻礙電機(jī)轉(zhuǎn)速的相應(yīng)變化，從而降低了電機(jī)響應(yīng)的頻率。永磁同步電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，僅需要電機(jī)的功角適當(dāng)改變，而轉(zhuǎn)速維持在原來的同步逮不變，轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量不會影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。永磁同步電動機(jī)的瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，使得永磁同步電機(jī)非常適合在負(fù)載轉(zhuǎn)

15、矩變化較大的工況下運(yùn)行。高功率因數(shù)、高效率。永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)相比，根本不需要無功勵磁電流，以致能夠得到比異步電動機(jī)高很多的功率因數(shù)，進(jìn)而得到相對更小的定子電流和定子銅耗，并且永磁同步電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以因總損耗降低而減小風(fēng)扇容量甚至去掉風(fēng)扇，從而減小甚至省去了相應(yīng)的風(fēng)摩損耗。這樣，它的效率比同規(guī)格的異步電動機(jī)可以提高2-8個百分點(diǎn)。與電勵磁同步電動機(jī)相比，永磁同步電動機(jī)省去了勵磁功率，提高了效率，使得控制更為方便。而且，永磁同步電動機(jī)在25%-120% 額定負(fù)載范圍內(nèi)均可以保持較高的功率因數(shù)和效率，使輕載運(yùn)行時節(jié)能效果更為顯著，在長期的使用中可以大幅度地節(jié)省電能。體

16、積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動機(jī)來，體積和重盈都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在許多特殊場合。結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。永磁同步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多樣化，產(chǎn)生了特點(diǎn)和性能各異的許多品種，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國防，從日常生活到航空航天，從簡單電動工具到高科技產(chǎn)品，幾乎無所不在.可靠性高。與直流電動機(jī)和電勵磁同步電動機(jī)相比，沒有電刷，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的可靠性自然要高。一、永磁材料與永磁電機(jī)1. 永磁材料又稱硬磁材料，經(jīng)外部磁場飽和充磁以后，無需外部能量而能持續(xù)提供磁場的一種材料。2. 電機(jī)用永磁材料比較：性能鋁鎳鈷鐵氧體釤

17、鈷釹鐵硼剩磁(T)1.30.421.051.16矯頑力 (kA/m)60200780850退磁曲線形狀彎曲上部直線、下不彎曲直線直線（高溫下彎曲）剩磁溫度系數(shù)（%/k）-0.02-0.18-0.03-0.12抗腐蝕性能強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)易氧化充磁安裝后充磁充磁后安裝充磁后安裝充磁后安裝最高工作溫度（）550200300150加工性能磨削、電火花加工切片，磨削加工電火花加工加工性能好價(jià)格中等低很高高應(yīng)用場合儀器儀表類要求溫度穩(wěn)定性高的場合性能、體積要求不高價(jià)格要求低的場合高性能、耐高溫，溫度穩(wěn)定性要求高高性能、體積要求高溫度要求低的場合3. 永磁體的選擇應(yīng)該滿足以下條件：l 應(yīng)能在指定的工作空間內(nèi)產(chǎn)生所需要

18、的磁場；l 所建立的磁場應(yīng)該具有一定的穩(wěn)定性；l 具有良好的耐腐蝕性；l 具有較好的力學(xué)特征，韌性好、抗壓強(qiáng)度高、可加工；l 價(jià)格合理、經(jīng)濟(jì)性好4. 磁場是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。永磁電機(jī)與電勵磁電機(jī)相比，具有如下特點(diǎn)：l 取消了勵磁系統(tǒng)損耗，提高了效率。l 取消了勵磁繞組和勵磁電源，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠。l 稀土永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。l 電機(jī)的尺寸和形狀靈活多樣。5. 各類永磁體的適用范圍：l 鐵氧體永磁適用于對電機(jī)體積、重量、性能要求不高，而對電機(jī)經(jīng)濟(jì)性要求高的場合，逐漸被釹鐵硼永磁代替；l 鋁鎳鈷永磁適用于對電機(jī)體積、重量、性能要求不高，但工作溫度超過300或要求溫度穩(wěn)定性

19、好且電機(jī)成本不高的場合，先應(yīng)用已經(jīng)很少；l 釹鐵硼永磁適用于對電機(jī)體積、重量、性能要求很高，工作環(huán)境溫度不高，對工作溫度穩(wěn)定性要求不高的場合；l 稀土永磁適用于對電機(jī)體積、重量、性能要求高，工作環(huán)境溫度高，要求溫度穩(wěn)定性好，制造成本不是主要考慮因素的場合；l 粘結(jié)永磁適用于批量大、磁極形狀復(fù)雜、電機(jī)性能要求不高的場合。6. 永磁體的設(shè)計(jì)l 永磁體的形狀 對于表面式磁極結(jié)構(gòu)，多采用瓦片形磁極； 對于內(nèi)置式磁極結(jié)構(gòu)，多采用矩形磁極。l 永磁體的結(jié)構(gòu)永磁體串聯(lián)：將多塊永磁體的磁動勢沿充磁方向串聯(lián)，共同提供磁動勢，磁路的磁動勢為它們磁動勢之和，而磁通為一塊永磁體的磁通。永磁體并聯(lián)：將多塊永磁體的磁動勢

20、沿充磁方向并聯(lián)，共同提供磁通，磁路的磁通為它們磁通之和，而磁動勢為一塊永磁體的磁動勢。 7. 磁場與磁路l 按永磁體所在位置分類：旋轉(zhuǎn)磁極式、旋轉(zhuǎn)電樞式l 按使用永磁材料種類多少分類：單一結(jié)構(gòu)式、混合結(jié)構(gòu)式l 按永磁體安置方式分類：表面式、內(nèi)置式l 按永磁體的形狀分類：瓦片形磁極、弧形磁極、環(huán)形磁極、爪極式磁極、星形磁極、矩形磁極混合動力汽車用電機(jī)的簡介與選擇在HEV上是以電動機(jī)驅(qū)動作為發(fā)動機(jī)驅(qū)動的輔助動力，但又必須對電池組的質(zhì)量和整車的整備質(zhì)量進(jìn)行限制，以減輕HEV的總質(zhì)量。因此，一般電動發(fā)電機(jī)只是在HEV發(fā)動機(jī)啟動，車輛啟動、加速或爬坡時起作用。電動發(fā)電機(jī)又是發(fā)動機(jī)的飛輪，起調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出

21、功率作用。電動發(fā)電機(jī)還起發(fā)電機(jī)的作用，電動發(fā)電機(jī)又是發(fā)動機(jī)的飛輪，起調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出功率作用。電動發(fā)電機(jī)還起發(fā)電機(jī)的作用，將發(fā)動機(jī)的動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。在HEV下坡或制動時，將汽車慣性動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。因此，HEV有了電動機(jī)的輔助作用，就可以使HEV達(dá)到節(jié)能和“超低污染”的要求。電動機(jī)的種類很多，用途廣泛，功率的覆蓋面非常大。但HEV所采用的電動機(jī)種類少，功率覆蓋面也較小。目前主要采用的交流電動機(jī)、永磁電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)，不管是電機(jī)本身還是它們的控制裝置，成本都比較高，但隨著電動機(jī)的電子計(jì)算機(jī)控制和機(jī)電一體化的加速發(fā)展，很多新技術(shù)正逐步運(yùn)用到混合動力汽車（HEV

22、）的電動機(jī)上，一旦形成大規(guī)模批量生產(chǎn)，所用電機(jī)乃至整車的成本都會得到大大降低。（1）混合動力汽車用電動機(jī)的發(fā)展概況蒸汽機(jī)啟動了18世紀(jì)第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，19世紀(jì)末到20世紀(jì)上半葉電機(jī)又引起了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進(jìn)入了電氣化時代。20世紀(jì)下半葉的信息技術(shù)引發(fā)了第三次產(chǎn)業(yè)革命，是生產(chǎn)和消費(fèi)從工業(yè)化向自動化，智能化時代轉(zhuǎn)變；推動了新一代高性能電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的研究與發(fā)展。21世紀(jì)伊始，世界汽車工業(yè)又站在了革命的門檻上。雖然，汽車工業(yè)是推動社會現(xiàn)代化進(jìn)程的重要動力，然而，汽車工業(yè)的發(fā)展也帶來了環(huán)境污染愈烈和能源消耗過多兩大問題。顯然，加劇使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會使這兩大全球問題繼

23、續(xù)惡化。于是，電動車（包括純電動車，混合動力汽車，燃料電池電動車）概念的提出，將會是未來世界汽車工業(yè)發(fā)展的新方向，不過就當(dāng)今世界科技水平來說，混合動力汽車的研究與開發(fā)相比其它兩種形式更具有現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)該作為這一新方向的第一步。20世紀(jì)80年代前，幾乎所有的電動車驅(qū)動電機(jī)均為直流電機(jī)，但隨著電動車（混合動力汽車）性能的提高，其在高負(fù)載下轉(zhuǎn)速的限制，體積大等缺點(diǎn)逐漸暴露，取而代之的是交流異步電機(jī)，永磁電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)以及新型的雙凸極永磁電機(jī)，而上述電機(jī)在用于混合動力汽車上所表現(xiàn)出來的性能也是一個比一個優(yōu)越。目前，雙凸極永磁電機(jī)的機(jī)理和設(shè)計(jì)控制理論還有待于進(jìn)一步的研究與完善，不過它作為混合動力汽車

24、的電動機(jī)有著潛在的巨大優(yōu)勢。（2）混合動力汽車對電動機(jī)的基本要求a.從日本汽車公司開發(fā)電動汽車的研究和實(shí)踐認(rèn)為，在采用大功率的電動機(jī)來驅(qū)動HEV時，與采用小功率的電動機(jī)比較，具有電阻小，效率高，比能耗低，動力性能好等優(yōu)點(diǎn)。但在目前的條件下，各種電池的比能量較小，理所當(dāng)然地采用小功率的電動機(jī)，因而出現(xiàn)電阻大，效率低，比能耗高，動力性能差等問題。b.混合動力汽車的電動機(jī)應(yīng)具有較大范圍內(nèi)的調(diào)速性能，能夠根據(jù)駕駛員對加速踏板和對制動踏板的控制，由中央控制器控制電動機(jī)與發(fā)動機(jī)之間動力的協(xié)調(diào)。以獲得所需要的起動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉(zhuǎn)矩，使它們達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車加速踏板同樣的控制效果。c.混

25、合動力汽車應(yīng)具有最優(yōu)化的能量利用，電動機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時實(shí)現(xiàn)能量回收并反饋回蓄電池，這點(diǎn)在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的。d.電動機(jī)的質(zhì)量，各種控制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能小，因此，大功率的高速電動機(jī)具有高性能，質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，在混合動力汽車得到了廣泛地應(yīng)用。另外，還要求電動機(jī)及控制裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲要低。e各種電動機(jī)的電壓，可以達(dá)到120500V，對電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合國家（或國際）有關(guān)車輛電氣控制的安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，裝置高壓保護(hù)設(shè)備。除此之外，還要求電動機(jī)可靠性好，耐溫和耐潮性能強(qiáng)，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單，適合大批量生

26、產(chǎn)，運(yùn)行時噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。（3）混合動力汽車所用電動機(jī)的選擇策略在確定混合動力汽車所采用的電動機(jī)時，首先應(yīng)采用技術(shù)成熟，性能可靠，控制方便和價(jià)格便宜的現(xiàn)成的電動機(jī)。一般情況下，電動機(jī)性能必須充分滿足單獨(dú)用電力驅(qū)動模式行駛工況時的要求。電動機(jī)在低速時應(yīng)具有大的轉(zhuǎn)矩和超載能力。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，應(yīng)具有大的功率和有較寬闊的恒功率范圍。有足夠的動力性能來克服整車的各種阻力，保證其有良好的起動，加速性能和行駛速度及實(shí)現(xiàn)制動時的能量回收?，F(xiàn)在混合動力汽車上，主要采用能夠?qū)崿F(xiàn)變頻、調(diào)速的高轉(zhuǎn)速電動機(jī)，高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1萬1.2萬r/min，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，有更大的功率和有較寬闊的恒功率范圍

27、，體積較小和質(zhì)量較小，但要求裝置高精度的高速軸襯，需要用高品質(zhì)的材質(zhì)來制作，并要保證高效率的冷卻。（4）雙凸極永磁電動機(jī)的簡介傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）雖然可靠性較高，結(jié)構(gòu)十分簡單，單位體積功率與異步電動機(jī)相當(dāng)或略高一些，而且在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)都具有相當(dāng)高的效率，但是，從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，SR電機(jī)在定子繞組的一個開關(guān)周期中，最多只有半個周期得到利用，電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時，為避免在電感下降區(qū)產(chǎn)生制動力矩，繞組電流的關(guān)斷角不得不較多地提前于最大電感位置，半個周期都未能得到充分利用。因此，SR電機(jī)僅獲得“一半的利用率”，由此產(chǎn)生了換流問題和相對材料利用率低問題?？梢灶A(yù)見，如果能利用定子繞組整個開關(guān)周期，在電感下降區(qū)也能產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，SR電機(jī)的單位體積功率必將大大提高，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SR電機(jī)是難以實(shí)現(xiàn)的。如果在SR電機(jī)中用永磁材料預(yù)先建立一個磁場，通過控制定子繞組的電流方向，使永磁體產(chǎn)生的磁場和繞組