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開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在新能源汽車中的應(yīng)用时间：2016-03-26 【转载】 阅读 我國(guó)車用電機(jī)在全球資源條件下具有明顯的比較優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿^大。從新能源汽車的產(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(guó)內(nèi)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀：電機(jī)業(yè)中的小行業(yè)、但制造門(mén)檻高，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還存在較多差距與不足，但國(guó)內(nèi)政策扶持將加快產(chǎn)業(yè)步伐。作為新能源汽車的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展前景可觀。
1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介新能源汽車具有環(huán)保、節(jié)約、簡(jiǎn)單三大優(yōu)勢(shì)。在純電動(dòng)汽車上體現(xiàn)尤為明顯：以電動(dòng)機(jī)代替燃油機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)而無(wú)需自動(dòng)變速箱。相對(duì)于自動(dòng)變速箱，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠。 傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速限制在一個(gè)窄的范圍內(nèi)，這就是為何傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車需要龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)的原因；而電動(dòng)機(jī)可以在相當(dāng)寬廣的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在純電動(dòng)車行駛過(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)力汽車相比，純電動(dòng)車使用單一電能源，電控系統(tǒng)大大減少了汽車內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化，也降低了機(jī)械部件摩擦導(dǎo)致的能量損耗及噪音，節(jié)省了汽車內(nèi)部空間、重量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動(dòng)力汽車HEV和純電動(dòng)汽車EV三大類都要用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，選擇合適的電動(dòng)機(jī)是提高各類電動(dòng)汽車性價(jià)比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時(shí)滿足車輛行駛過(guò)程中的各項(xiàng)性能要求，并具有堅(jiān)固耐用、造價(jià)低、效能高等特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式顯得極其重要。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如下圖所示。電動(dòng)機(jī)一般要求具有電動(dòng)、發(fā)電兩項(xiàng)功能，按類型可選用直流、交流、永磁無(wú)刷或開(kāi)關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機(jī)，如圖3。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機(jī)類型，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(jī)驅(qū)動(dòng)電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級(jí)的直流、交流或脈沖電源。 電機(jī)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)械，用于實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。運(yùn)行時(shí)從電系統(tǒng)吸收電功率，向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、控制器（逆變器）構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所占的成本之比約為1:1，根據(jù)設(shè)計(jì)原理與分類方式的不同，電機(jī)的具體構(gòu)造與成本構(gòu)成也有所差異。電機(jī)的控制系統(tǒng)主要起到調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其滿足整車不同運(yùn)行要求的目的。針對(duì)不同類型的電機(jī)，控制系統(tǒng)的原理與方式有很大差別。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成框圖
電機(jī)的分類（按原理）
2電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本要求（1）電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。 （3）可靠性高、失效模式可控，以保證乘車者的安全。 （8）瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)。要保證汽車具有4~5倍的過(guò)載能力，以滿足短時(shí)內(nèi)加速行駛與最大爬坡的要求。 （9）環(huán)境適應(yīng)性好。要適應(yīng)汽車本身行駛的不同區(qū)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。在汽車減速時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)反饋制動(dòng)，將能量回收并反饋回電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量利用率。 （11）其他。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便。 （12）與一般工業(yè)用電機(jī)不同，用于汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等。未來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)將朝著無(wú)磁化、數(shù)字化和集成化方向發(fā)展。 3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在新能源汽車中的應(yīng)用（1）開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、機(jī)、電一體化高新技術(shù)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)覆蓋功率范圍10W~5MW的各種高低速驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。使的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)存在許多潛在的領(lǐng)域，在各種需要調(diào)速和高效率的場(chǎng)合均能得到廣泛使用（電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、通用工業(yè)、家用電器、紡織機(jī)械、電力傳動(dòng)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域）。 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)工作原理：開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)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)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。
（2）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)特點(diǎn) 它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動(dòng)機(jī)都要簡(jiǎn)單，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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，維護(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000 r/min。效率可達(dá)85%～93%呢，比交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要高。損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，易于實(shí)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(dòng)汽車動(dòng)力性能要求。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還具有在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行、控制靈活、可四象運(yùn)行、響應(yīng)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(yīng)性強(qiáng)；電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換運(yùn)行；啟動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩大；可控參數(shù)多，調(diào)速性能好；具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力；定子和轉(zhuǎn)子的材料均采用硅鋼片，易于獲取和回收利用。 位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來(lái)的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)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(jī)的控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)，它涉及到電動(dòng)機(jī)，電力電子，微機(jī)，控制，光電轉(zhuǎn)換，角度測(cè)量等等多學(xué)科知識(shí)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)要求也比較獨(dú)特，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方法通常難以滿足系統(tǒng)的控制要求。目前電動(dòng)汽車應(yīng)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(jī)具有明顯的非線性特性，系統(tǒng)難于建模，一般的線性控制方式不適于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)。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(tǒng)包括功率變換器、控制器和位置傳感器及速度檢測(cè)器等部分。 ①功率變換器 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，無(wú)論通過(guò)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(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(xiàn)直通故障，可靠性好，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力。成本比交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的逆變器控制系統(tǒng)要低。 ②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(shí)對(duì)位置檢測(cè)器、電流檢測(cè)器所反饋的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(zhí)行命令，來(lái)控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)適應(yīng)電動(dòng)汽車不同條件下運(yùn)行�？刂破餍阅芎脡暮驼{(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。 ③位置檢測(cè)器 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)需要高精度的位置檢測(cè)器，來(lái)為控制系統(tǒng)提供電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和電流的變化信號(hào)，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(jī)的噪聲。 目前國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的已經(jīng)由基礎(chǔ)研究逐漸走向了實(shí)際應(yīng)用，并在新能源汽車小批量推廣。 4各種電機(jī)的比較
我們先比較各種電機(jī)的發(fā)展歷史，有刷直流電機(jī)、一般同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)與有刷磁鐵電機(jī)商品化歷史最長(zhǎng)，其產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷，而且迄今還在應(yīng)用。而自上世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)入商品化的表面永磁同步電機(jī)與1980年代以來(lái)研制開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、內(nèi)置式永磁同步電機(jī)以及最新的同步磁阻電機(jī)相繼進(jìn)入市場(chǎng)，并在電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力車上獲得應(yīng)用。 就目前發(fā)展水平，各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本性能比較如下：
各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本性能比較
然后再比較各種電機(jī)在哪些新能源汽車上應(yīng)用比較廣。異步電機(jī)主要應(yīng)用在純電動(dòng)汽車，永磁同步電機(jī)主要應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車中，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)目前主要應(yīng)用在客車中。而從中國(guó)不同種類新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用來(lái)看，目前交流異步感應(yīng)電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)主要應(yīng)用于新能源商用車，特別是新能源客車，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)也開(kāi)始在乘用車上應(yīng)用；永磁同步電機(jī)主要應(yīng)用于新能源乘用車。
5各種電機(jī)的在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀(1)交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)我國(guó)已建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，形成了小批量生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)、制造、試驗(yàn)及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿足整車需求，大功率異步電機(jī)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類電動(dòng)客車；通過(guò)示范運(yùn)行和小規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗(yàn)證。 (2)無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)合理設(shè)計(jì)及改進(jìn)控制技術(shù)，有效提高了無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)品性能，基本滿足電動(dòng)汽車需求；已初步具有機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能力。 (3)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(yīng)用于各類電動(dòng)汽車；產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國(guó)際先進(jìn)水平，但總體水平與國(guó)外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機(jī)集成化設(shè)計(jì)能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。 <p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; padding: 0px; color: rgb(51, 51, 51); font |
