我國車(chē)用電機在全球資源條件下具有明顯的比較優(yōu)勢，發(fā)展潛力較大。從新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，受益端將主要集中在核心零部件領(lǐng)域。國內車(chē)用驅動(dòng)電機行業(yè)現狀：電機業(yè)中的小行業(yè)、但制造門(mén)檻高，電機驅動(dòng)系統還存在較多差距與不足，但國內政策扶持將加快產(chǎn)業(yè)步伐。作為新能源汽車(chē)的核心部件（電池、電機、電控）之一，驅動(dòng)電機及其控制系統未來(lái)發(fā)展前景可觀(guān)。

1驅動(dòng)電機系統簡(jiǎn)介

　　新能源汽車(chē)具有環(huán)保、節約、簡(jiǎn)單三大優(yōu)勢。在純電動(dòng)汽車(chē)上體現尤為明顯：以電動(dòng)機代替燃油機，由電機驅動(dòng)而無(wú)需自動(dòng)變速箱。相對于自動(dòng)變速箱，電機結構簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、運行可靠。

　　傳統的內燃機能高效產(chǎn)生轉矩時(shí)的轉速限制在一個(gè)窄的范圍內，這就是為何傳統內燃機汽車(chē)需要龐大而復雜的變速機構的原因；而電動(dòng)機可以在相當寬廣的速度范圍內高效產(chǎn)生轉矩，在純電動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。

　　與混合動(dòng)力汽車(chē)相比，純電動(dòng)車(chē)使用單一電能源，電控系統大大減少了汽車(chē)內部機械傳動(dòng)系統，結構更簡(jiǎn)化，也降低了機械部件摩擦導致的能量損耗及噪音，節省了汽車(chē)內部空間、重量。電機驅動(dòng)控制系統是新能源汽車(chē)車(chē)輛行使中的主要執行結構，驅動(dòng)電機及其控制系統是新能源汽車(chē)的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標，它是電動(dòng)汽車(chē)的重要部件。電動(dòng)汽車(chē)中的燃料電池汽車(chē)FCV、混合動(dòng)力汽車(chē)HEV和純電動(dòng)汽車(chē)EV三大類(lèi)都要用電動(dòng)機來(lái)驅動(dòng)車(chē)輪行駛，選擇合適的電動(dòng)機是提高各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)性?xún)r(jià)比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)輛行駛過(guò)程中的各項性能要求，并具有堅固耐用、造價(jià)低、效能高等特點(diǎn)的電動(dòng)機驅動(dòng)方式顯得極其重要。

　　驅動(dòng)電機系統是新能源車(chē)三大核心部件之一。電機驅動(dòng)控制系統是新能源汽車(chē)車(chē)輛行使中的主要執行結構，其驅動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標，它是電動(dòng)汽車(chē)的重要部件。電動(dòng)汽車(chē)的整個(gè)驅動(dòng)系統包括電動(dòng)機驅動(dòng)系統與其機械傳動(dòng)機構兩個(gè)部分。電機驅動(dòng)系統主要由電動(dòng)機、功率轉換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構成，結構如下圖所示。電動(dòng)機一般要求具有電動(dòng)、發(fā)電兩項功能，按類(lèi)型可選用直流、交流、永磁無(wú)刷或開(kāi)關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機，如圖3。功率轉換器按所選電機類(lèi)型，有 DC/DC 功率變換器、DC/AC 功率變換器等形式，其作用是按所選電動(dòng)機驅動(dòng)電流要求，將蓄電池的直流電轉換為相應電壓等級的直流、交流或脈沖電源。

電機是應用電磁感應原理運行的旋轉電磁機械，用于實(shí)現電能向機械能的轉換。運行時(shí)從電系統吸收電功率，向機械系統輸出機械功率。電機驅動(dòng)系統主要由電機、控制器（逆變器）構成，驅動(dòng)電機和電機控制器所占的成本之比約為1:1，根據設計原理與分類(lèi)方式的不同，電機的具體構造與成本構成也有所差異。電機的控制系統主要起到調節電機運行狀態(tài)，使其滿(mǎn)足整車(chē)不同運行要求的目的。針對不同類(lèi)型的電機，控制系統的原理與方式有很大差別。

                                                                                                                                        電動(dòng)機驅動(dòng)系統的基本組成框圖

 電機的分類(lèi)（按原理）

2電動(dòng)汽車(chē)對驅動(dòng)電機的基本要求

（1）電機結構緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據具體產(chǎn)品進(jìn)行特殊設計。
（2）重量輕，以減輕車(chē)輛的整體重量。應盡量采用鋁合金外殼，同時(shí)轉速要高，以減輕整車(chē)的質(zhì)量，增加電機與車(chē)體的適配性，擴大車(chē)體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。

（3）可靠性高、失效模式可控，以保證乘車(chē)者的安全。
（4）提供精確的力矩控制，動(dòng)態(tài)性能較好。
（5）效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉速和轉矩范圍內都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續駛里程。
（6）成本低，以降低車(chē)輛生產(chǎn)的整體費用。
（7）調速范圍寬。應包括恒轉矩區和恒功率區，低速運行輸出的恒定轉矩大，以滿(mǎn)足汽車(chē)快速啟動(dòng)、加速、負荷爬坡等要求；高速運行輸出恒定功率，有較大的調速范圍，以滿(mǎn)足平坦的路面、超車(chē)等高速行駛的要求。

（8）瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強。要保證汽車(chē)具有4~5倍的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足短時(shí)內加速行駛與最大爬坡的要求。

（9）環(huán)境適應性好。要適應汽車(chē)本身行駛的不同區域環(huán)境，即使在較惡劣的環(huán)境中也能

夠正常工作，具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。

（10）制動(dòng)再生效率高。在汽車(chē)減速時(shí)，能夠實(shí)現反饋制動(dòng)，將能量回收并反饋回電池，使得電動(dòng)汽車(chē)具有最佳能量利用率。

（11）其他。結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合大批量生產(chǎn)，運行時(shí)噪聲低，使用維修方便。

（12）與一般工業(yè)用電機不同，用于汽車(chē)的驅動(dòng)電機應具有調速范圍寬、起動(dòng)轉矩大、后備功率高、效率高的特性，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結構簡(jiǎn)單、成本低、維護簡(jiǎn)單、適合大規模生產(chǎn)等。未來(lái)我國電動(dòng)汽車(chē)用驅動(dòng)電機系統將朝著(zhù)無(wú)磁化、數字化和集成化方向發(fā)展。

3開(kāi)關(guān)磁阻電機在新能源汽車(chē)中的應用

（1）開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機簡(jiǎn)介

　　開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調速系統、無(wú)刷直流電動(dòng)機調速系統之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)級調速系統，是集現代微電子技術(shù)、數字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現代電磁理論、設計和制作技術(shù)為一體的光、機、電一體化高新技術(shù)。它具有調速系統兼具直流、交流兩類(lèi)調速系統的優(yōu)點(diǎn)。

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機覆蓋功率范圍10W~5MW的各種高低速驅動(dòng)調速系統。使的開(kāi)關(guān)磁阻電機存在許多潛在的領(lǐng)域，在各種需要調速和高效率的場(chǎng)合均能得到廣泛使用（電動(dòng)車(chē)驅動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器、紡織機械、電力傳動(dòng)系統等各個(gè)領(lǐng)域）。

　　開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機工作原理：開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的運行遵循“磁阻最小原理”——磁通總要沿磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線(xiàn)與磁場(chǎng)的軸線(xiàn)重合。

（2）開(kāi)關(guān)磁阻電機特點(diǎn)

　　它的結構比其它任何一種電動(dòng)機都要簡(jiǎn)單，在電動(dòng)機的轉子上沒(méi)有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組的端部較短，沒(méi)有相間跨接線(xiàn)，維護修理容易。因而可靠性好，轉速可達15000 r/min。效率可達85%～93%呢，比交流感應電動(dòng)機要高。損耗主要在定子，電機易于冷卻；轉子無(wú)永磁體，易于實(shí)現各種特殊要求的轉矩一速度特性，而且在很廣的范圍內保持高效率。更加適合電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能要求。

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機還具有在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、控制靈活、可四象運行、響應速度快、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。工藝性好，適用于高速，環(huán)境適應性強；電機轉矩的方向與繞組電流的方向無(wú)關(guān)；適用于頻繁啟停以及正反向轉換運行；啟動(dòng)電流小，轉矩大；可控參數多，調速性能好；具有較強的再生制動(dòng)能力；定子和轉子的材料均采用硅鋼片，易于獲取和回收利用。

位置檢測器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的關(guān)鍵器件，其性能對開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的控制操作有重要影響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機為雙凸極結構，不可避免地存在轉矩波動(dòng)，噪聲是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機最主要的缺點(diǎn)。但近年來(lái)的研究表明，采用合理的設計、制造和控制技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的噪聲完全可以得到良好的抑制。

（3）開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的控制系統

　　開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機驅動(dòng)系統的核心是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(SRM)，它涉及到電動(dòng)機，電力電子，微機，控制，光電轉換，角度測量等等多學(xué)科知識，結構比較復雜，控制系統要求也比較獨特，感應電動(dòng)機和永磁同步電動(dòng)機的控制方法通常難以滿(mǎn)足系統的控制要求。目前電動(dòng)汽車(chē)應用較少。它的主要研究方向是模型研究。由于開(kāi)關(guān)磁阻電機具有明顯的非線(xiàn)性特性，系統難于建模，一般的線(xiàn)性控制方式不適于開(kāi)關(guān)磁阻電機系統。目前主要利用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制等。

　　它的控制系統包括功率變換器、控制器和位置傳感器及速度檢測器等部分。

①功率變換器

　　開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的勵磁繞組，無(wú)論通過(guò)正向電流或反向電流，其轉矩方向不變，期換向，每相只需要一個(gè)容量較小的功率開(kāi)關(guān)管，功率變換器電路較簡(jiǎn)單，不會(huì )出現直通故障，可靠性好，易于實(shí)現系統的軟啟動(dòng)和四象限運行，具有較強的再生制動(dòng)能力。成本比交流三相感應電動(dòng)機的逆變器控制系統要低。

②控制器

　　控制器由微處理器、數字邏輯電路等元件組成。微處理器根據駕駛員輸入的命令，同時(shí)對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動(dòng)機轉子位置，進(jìn)行分析、處理，并在瞬間做出決策，發(fā)出一系列執行命令，來(lái)控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機適應電動(dòng)汽車(chē)不同條件下運行。控制器性能好壞和調節的靈活性，取決于微處理器的軟件和硬件的性能配合關(guān)系。

③位置檢測器

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機需要高精度的位置檢測器，來(lái)為控制系統提供電動(dòng)機轉子的位置、轉速和電流的變化信號，并要求有較高的開(kāi)關(guān)頻率以降低開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機的噪聲。

目前國內對開(kāi)關(guān)磁阻電機的已經(jīng)由基礎研究逐漸走向了實(shí)際應用，并在新能源汽車(chē)小批量推廣。

4各種電機的比較

　　我們先比較各種電機的發(fā)展歷史，有刷直流電機、一般同步電機、感應電機與有刷磁鐵電機商品化歷史最長(cháng)，其產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷，而且迄今還在應用。而自上世紀80年代開(kāi)始進(jìn)入商品化的表面永磁同步電機與1980年代以來(lái)研制開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)磁阻電機、內置式永磁同步電機以及最新的同步磁阻電機相繼進(jìn)入市場(chǎng)，并在電動(dòng)汽車(chē)與混合動(dòng)力車(chē)上獲得應用。

　　就目前發(fā)展水平，各類(lèi)驅動(dòng)電機基本性能比較如下：

                                                                                                                                 各類(lèi)驅動(dòng)電機基本性能比較

　　然后再比較各種電機在哪些新能源汽車(chē)上應用比較廣。異步電機主要應用在純電動(dòng)汽車(chē)，永磁同步電機主要應用在混合動(dòng)力汽車(chē)中，開(kāi)關(guān)磁阻電機目前主要應用在客車(chē)中。而從中國不同種類(lèi)新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機的應用來(lái)看，目前交流異步感應電機和開(kāi)關(guān)磁阻電機主要應用于新能源商用車(chē)，特別是新能源客車(chē)，開(kāi)關(guān)磁阻電機也開(kāi)始在乘用車(chē)上應用；永磁同步電機主要應用于新能源乘用車(chē)。

5各種電機的在我國的發(fā)展現狀

　　(1)交流異步電機驅動(dòng)系統我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權異步電機驅動(dòng)系統的開(kāi)發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿(mǎn)足整車(chē)需求，大功率異步電機系統已廣泛應用于各類(lèi)電動(dòng)客車(chē)；通過(guò)示范運行和小規模市場(chǎng)化應用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。

　　(2)無(wú)刷直流電機驅動(dòng)系統國內企業(yè)通過(guò)合理設計及改進(jìn)控制技術(shù)，有效提高了無(wú)刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)需求；已初步具有機電一體化設計能力。

　　(3)永磁同步電機驅動(dòng)系統已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開(kāi)發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應用于各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)；產(chǎn)品部分技術(shù)指標接近國際先進(jìn)水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設計能力；多數公司仍處于小規模試制生產(chǎn)，少數公司已投資建立車(chē)用驅動(dòng)電機系統專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)。

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