電動汽車的電機分類

1、 電動汽車電機題詞：用技術(shù)創(chuàng)新來降低電動汽車之成本摘要：電動國汽車的主要成本在電池、充電機、電機和控制器，以快速充電的電池和充電網(wǎng)絡(luò)之保障，減少電池車載量，以組合電機和磁力驅(qū)動器來替代主電機和電子調(diào)速控制器，機械變速箱和離合器，以降低成本，用自主知識產(chǎn)權(quán)的驅(qū)動技術(shù)來取代汽車電子控制技術(shù)，免得日后受制于外國專利。國內(nèi)中低檔轎車價格日趨下降，2004年10月份國內(nèi)奧托和吉利競爭推出極低價轎車，3萬元/輛以內(nèi)，相比這下：電動汽車目前成本仍高居不下，究其原因是：電動汽車目前尚處于研發(fā)階段，樣車和試運行階段，根本無批量可言，這是與流水線生產(chǎn)燃油汽車所不能比擬的，這是現(xiàn)實，也是可以理解的。同時目前各式電動

2、汽車能示范運行的，都是在原燃油汽車的底盤、車廂之基礎(chǔ)上改裝而成的，即將發(fā)動機、油箱等系統(tǒng)全數(shù)拆下，然后裝上電動機，電池等相關(guān)配套設(shè)備就形成電動汽車，而混合動力是在原然油系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝一套電池、電氣驅(qū)動系統(tǒng)，形成了油、電混合驅(qū)動系統(tǒng)。那么，電動汽車成本主要就在電池、充電機、驅(qū)動電機、控制器和電源轉(zhuǎn)換設(shè)備等產(chǎn)品組成，約占到整車造價成本5060%。目前以純電動汽車為例，電池有采用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池，電源有的采用直流電源、驅(qū)動直流電機，有的將車載直流電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電三相380V，供給三相異步電機，采用變頻設(shè)備來調(diào)速。電池品種不同和儲電量不同，其總體造價差異很大，另外電動汽車之儲電量加大

3、多少，使成本成倍增長，如鋰電池裝備轎車，如續(xù)行里程300km，電池成本約4萬元以上，500km以上續(xù)行里程，電池成本為8萬元以上，這種研發(fā)思路是白天行駛晚上充電，為了使續(xù)行里程不亞于燃油汽車，就構(gòu)成了電池成本的居高不下。電動汽車驅(qū)動電機不同，其成本也差異甚大，若采用直流有刷電機，車載電源可直接供給電機，使用這種電機采用晶閘管式控制器斬波方式調(diào)速。目前電動汽車用直流有刷電機已經(jīng)能滿足電動汽車使用要求，但由于產(chǎn)量有限成本很高，品種規(guī)格不多，選擇余地較小，晶閘管控制器原采用外國公司如意大利和美國產(chǎn)品，現(xiàn)在可以國產(chǎn)化，成本較高，同時關(guān)鍵元器件均采用外國公司生產(chǎn)和控制。若用直流無刷電機，其必須與控制器一

4、體制成，成本更高。以調(diào)電源脈沖寬度來調(diào)電機轉(zhuǎn)速，優(yōu)點是體積小，重量輕。電機能國產(chǎn)化，控制器的關(guān)鍵元器件均由國外公司生產(chǎn)，成本降下來可能性不大，且目前這種電機與電動汽車一樣屬研發(fā)階段，形不成批量，成本高就在情理之中。若用交流異步電機作為電動汽車驅(qū)動電機，其優(yōu)點：體積小、重量輕，國產(chǎn)質(zhì)量不差，由于車載電源系直流電，需將電源經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，汽車電機電壓380V左右，功率在幾十kw不等，其逆變器功率不小，成本也不會低到哪里去，交流電機調(diào)速由變頻方式調(diào)速，交流異步電機采用變頻變壓控制（VVVF）和磁場定向控制（FOC）也稱矩量控制或解耦控制、變極控制。變頻控制器國產(chǎn)、進口都有，但關(guān)鍵元器件均為進口

5、，因此，要降低成本也不太可能。至于正在研發(fā)中的磁阻電機，也要由電子控制器來控制調(diào)速，其成本情況與上述相同。開關(guān)磁阻電機采用模糊滑模控制（FSMC）方法來控制電機和調(diào)速，它若沒有這種電子控制設(shè)備，電機就不能工作。電動機的轉(zhuǎn)速越高則電樞繞且切割磁場越快，產(chǎn)生的反電勢越高。反而限制了電流，使轉(zhuǎn)矩降低，低轉(zhuǎn)速下卻可輸出較大轉(zhuǎn)矩。因此在阻力較大的路面或走上坡路時，由于轉(zhuǎn)矩較大，所以要消耗較大的電流，換句話說，電動機在低速運動，電動車在慢速行駛時，電流輸出并不小，只是電壓降低了。電動機要調(diào)速度，就得通過改變電壓來實現(xiàn)，這是電動機調(diào)速的理論基礎(chǔ)。而將車載電源之電壓降低至電機調(diào)速之低電壓，將有限的電源消耗在頻

6、繁的調(diào)速中，是一種浪費。電機最高效率在額定轉(zhuǎn)速那里，往下調(diào)速就效率低，轉(zhuǎn)速越低效率越低。而為了提高車載電源的利用率，應(yīng)該希望電機的效率越高越好。電動汽車驅(qū)動電機，要求啟動、爬坡時高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩，要求變速范圍大。直流有刷電機、直流永磁無刷電機、交流異步電機、磁阻電機是目前電動汽車驅(qū)動電機的主流技術(shù)和首選機型，它們有一個不可避開的設(shè)備，電子控制設(shè)備和微機控制技術(shù)，這個構(gòu)成了電動汽車成本的主要部份之一和技術(shù)障礙，目前核心技術(shù)掌握在外國人手中，我們要就得向他們購買，將來中國各種電動汽車推開形成產(chǎn)業(yè)，或有朝一日中國能出口電動汽車時，國外控制器核心技術(shù)擁有者會象彩電、DVD一樣，來收專利費，

7、這是后話，但這種可能并非天方夜譚。若要降低電動汽車總成本，只能在電池、充電器、電機、控制器產(chǎn)品方面作文章。要用技術(shù)創(chuàng)新的思路來改變這一局面，發(fā)明出一種新的電機驅(qū)動，變速機構(gòu)系統(tǒng)和電池充電模式，走自己特色的路。如果在電動汽車上電池裝的少，在確保電機正常運作，同時在各種路況運行條件下，不損害電池壽命的前提下，以一次充電續(xù)行里程200km左右，也即所載電池供電機，整車工作23小時，然后在快速充電機上補充電源，這就要求電池能以1C以上或2C-3C電流充電。另外電動車應(yīng)在一個城市一個區(qū)域行駛，在它們的行駛范圍內(nèi)有公用充電站，在極短時間內(nèi)如10分種、15分鐘將電池組充至80%-90%，能行使100km-1

8、50km。電動汽車本身配有車載充電器，回家在車庫里慢充電，車載電池裝得少，整車質(zhì)量就小，能有效增加載荷，造價也低。電動機應(yīng)采用直流有刷電機，稍作改進后直接驅(qū)動，不用逆變電源，削去這一塊成本，電機調(diào)速問題不采用暫波，調(diào)脈，調(diào)頻率的通常做法，改用調(diào)內(nèi)燃機油門的原理，車用驅(qū)動電機之功率，分解成若干個小功率電機，組成一個組合電機，該組合內(nèi)的各個電機功率相等或功率大小不一，在啟動、加速、輕載、重載、爬坡、怠速時分別啟動或關(guān)閉其中幾個電機，使之工作或停機。即駕駛員根據(jù)電動汽車實際運行狀況來調(diào)節(jié)電機工作的數(shù)量和總功率，而工作的電機始終以額定轉(zhuǎn)速恒定輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，而不必對其進行調(diào)速，這樣就不再用電子控制器和

9、調(diào)速器。多電機驅(qū)動能減小整車主電機的電流和額定值功率，減小單個電機驅(qū)動時所需大電流對車載電池的沖擊，這點對已使用較長時間壽命的電池和車載電池組內(nèi)所儲電量不多時的電池情況猶為重要和關(guān)鍵，能延長電池使用壽命。目前在研制的電動汽車，其驅(qū)動機構(gòu)中，有的仍保留原汽車中的機械變速器和離合器，這主要是電動機調(diào)速控制的不是很理想所致，因而保留了它。應(yīng)取消原機械變速箱和離合器，采用磁性驅(qū)動器，來無極變速，通過調(diào)節(jié)主動和從動器件的間距，就能達到變速箱離合器的作用，與組合電機二者配合，就成了一個有機整體的電機驅(qū)動系統(tǒng)。磁力驅(qū)動器調(diào)速可和單個大電機進行匹配也可與組合電機之幾個小功率電機進行匹配，在這種匹配中，電機始終

10、以額定轉(zhuǎn)速在工作，由于磁力驅(qū)動器的調(diào)節(jié)，電動車的車速快、慢有變化，這時電機的負載，轉(zhuǎn)矩就跟著變化，即整車需要大的轉(zhuǎn)矩，電機或電機組就輸出大轉(zhuǎn)矩，反之就輸出小轉(zhuǎn)矩，電機的轉(zhuǎn)矩變化隨整車之需要而變化，電機的功耗也隨之變化，這樣就做到整車需多少轉(zhuǎn)矩，電機就輸出多少轉(zhuǎn)矩，就耗多少電，既節(jié)能又不必通過復(fù)雜的電機控制系統(tǒng)。電機運行時，轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)矩越大，這就是載重負載大，或爬坡時要降低轉(zhuǎn)速加大轉(zhuǎn)矩，而和電動機正好達到了統(tǒng)一。中國稀土永磁材料在世界上 居優(yōu)勢地位，應(yīng)著力開發(fā)應(yīng)用，而用直流稀土永磁有刷電機與磁力驅(qū)動器，就完全利用稀土永磁材料，完全具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)，整個成本也大大低于“電

11、機、控制器、機械變速箱、離合器”的總成本。而且將來也不受制于外國公司。電動汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車，它們都以電動機來驅(qū)動行駛的，若組合電機和磁力驅(qū)動器能應(yīng)用到這些車上，對這種車型的總成本會降低很多，這樣就容易為市場所接受，與內(nèi)燃機汽車相比，更具競爭力。因此組合電機和磁力驅(qū)動器的研發(fā)，將對電動汽車研發(fā)，產(chǎn)業(yè)化起到推動作用，具積極意義。如果用價格甚低的汽車如奧托、吉利，3萬元/輛，撤除發(fā)動機、離合器、變速箱、油箱、供油系統(tǒng)等，那么扣去這一塊成本約50006000元左右，那么整車成本約2.5萬元/輛左右，然后配上電池組，車載充電機、電機、磁力驅(qū)動器等，其總成本在3萬3.5萬元套

12、，那么經(jīng)濟型家用或出租用電動轎車，其成本在67萬元左右是可以實現(xiàn)的。這種轎車是有競爭力的，而且電費經(jīng)測算約10元/100km，每100km耗電18kw/h左右。一般普通轎車每百公里耗油為8升/100km，按2004年10月份油價3.63元/升計，約30元/100kw的耗油費。前者是后者的1/3，如果2005年實施燃油稅，那么油耗用將進一步增加，而電動汽車目前應(yīng)屬扶持對象，而且電費2005年變化不會太大，其耗電費也不會增加，兩者相較，電動汽車在運行費用方面是有競爭力的。電動汽車驅(qū)動電機性能比較 摘要：驅(qū)動電機系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對電動汽車的幾種典型驅(qū)動系統(tǒng)進行了定性分析，對它們的性

13、能進行了比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點。 關(guān)鍵詞：電動汽車；驅(qū)動電機；分析；性能比較 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。 1 電動汽車對電動機的基本要求 電動汽車的運行，與一般的

14、工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的。 1.1 電動汽車用電動機應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強、過載系數(shù)應(yīng)為34)，加速性能好，使用壽命長的特點。 1.2 電動汽車用電動機應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 1.3 電動汽車用電動機應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機汽車上是不能實現(xiàn)的。 1.4 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

15、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)，運行時噪聲低，使用維修方便，價格便宜等1-2。 2 電動汽車用電動機的種類和控制方法 2.1 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

16、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3。 2.2 交流三相感應(yīng)電動機 2.2.1 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寬廣，轉(zhuǎn)速達到1200015000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應(yīng)性好，井能夠?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

17、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卒和幅值都可以調(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，

18、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2-4。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 2.3.1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

19、，沒有無線電干擾，壽命長，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。 2.3.2 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法來完成。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。 2.

20、3.3 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，最大功率僅幾十千瓦。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5-10。 2.4 開關(guān)磁阻電動機 2.4.1 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

21、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15000 r/min。效率可達85%93%呢，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)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，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。 2.2.4 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)包括功率變換器。 a 功率變換器 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，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。 b控制器 控制器由微處理器、數(shù)字邏輯電路等元件組成。微處理器根據(jù)駕駛員輸入的命令，同時對位