电动汽车应用的驱动电机.docx

电动汽车应用的驱动电机 一，总论： 电动汽车（EV）使用的驱动电机在不断发展的新技术支持下，以及电机控制的优良性能，使得电动车从1990年开始迅速发展。 1，电动汽车的发展趋向 1996年，在日本大阪召开的电动汽车的国际会议EVS-13上，各汽车制造商已纷纷推出实用性的纯电动汽车。1997年经过了在奥兰多举行的EVS-14，1998年在布鲁塞尔举行的EVS-15时，与会的人数已超过1600人。接着的EVS-16（北京）、EVS-17（蒙特利尔）、FISITA汽车技术国际会议等。 目前，电动汽车的最高速度和加速度已经达到了令人满意的水平，一次性充电的续行里程也已达到200km。电动车用的驱动电机在日本已形成从感应电动机（IM）改用永磁同步电动机的倾向；在美国，还是以IM占主流地位。 下图为部分主流电动车电机应用图表 制造商 Toyota Nissan Honda CM Ford Chrysler 车型 RAV4L EV R’nessa EV EV Plus EV1 Ranger EV Epic 电瓶 Ni-MH Li Ion Ni-MH Ni-MH Ni-MH Ni-MH 电动机 PM PM PM IM IM IM 最大功率 50kW 62kW 49kW 102kW 66kW 74kW 充电器 接触型 非接触型 接触型 非接触型 非接触型 非接触型 续行里程 215km 230km 220km 160miles 100miles 215miles 最大速度 125km/h 120km/h 130km/h 80mph 75mph 80mph 2，电动汽车的能源效率 电动汽车的能源转换传递效率图 1） 原油 → 发电（39%） → 输配电（95%）→ 充电（70%）→ 电动机（80%恒速、60%加速）→电动汽车（综合效率：21%恒速、16%加速） 2） 原油 → 炼油 → 精制及输送（90%）→ 发动机（15%恒速、10%加速）→发动机汽车（综合效率：14%恒速、9%加速） 由上述传递图可见电动汽车的效率明显优于汽油汽车，其中电动机的效率高也是一个很重要的原因。 3，适合交通工具的N-M 曲线特性 在现有的公路条件下，对交通工具的N-M 特性要求如下图： 由图可见交通工具在起动和低速时，需求的力矩很大（恒转矩），而高速时，转矩基本上与速度成反比变化（恒功率特性）。对于发动机而言，高效产生转矩时的转速被限制在很窄的区间内，故需要使用传动机构来满足发动机的这一特性，电动机可以在宽广的速度范围内高效的运行产生转矩，即可省去变速机构。电动机驱动的汽车由中速加到高速时转矩很大，所以在高速公路上超车时加速性要优于汽油汽车。 电动汽车在减速时还能够通过回馈制动将部分能量重新利用，并可实现从高速到低速平滑变速。汽油汽车只能靠制动器将能量变成热能消耗掉。 3，电动汽车用的各种电动机的特性比较 现时各电动汽车的生产厂商选用的电机主要有两种;永磁电动机（PM）和感应电动机（IM）。下面是适用于电动汽车的几种电机性能比较表。 DCM PM IM SRM 最大效率 % 85～89 95～97 94～95 不足90 效率 % （10%负载） 80～87 90～92 79～85 78～86 最大转速（r/min） 4000～6000 4000～10000 9000～15000 不到15000 费用 / 轴功率 （$/kW） 10 10～15 8～12 6～10 控制装置成本 1 2.5 3.5 4.5 牢固性 好 好 最好 好 可靠性 一般 好 好 好 注：DCM-直流电机（D.C motor直流）、PM-永磁同步电机（Permanent Magnet直流无刷）、IM-感应电机（Induction motor交流）、SRM-开关磁阻电机（Switched reluctance motor直流无刷） 由表中可见适用于电动汽车的集中电动机的特性比较。普片认为最有前景的电动机是PM电动机和IM电动机。PM 电动机在效率高、控制装置简单、价格便宜等方面占有优势。IM 电动机主要在牢固性和高速性占优势。PM电机与IM电机的定子结构基本相同，不同的是转子。PM电机的转子是采用永磁结构，而IM电机转子一般都采用的是鼠笼性转子。PM电机的转子同步旋转产生同步磁场。依靠绕组内部的感应电动势与电流之间的相位差产生力矩，从原理上来说，电动机的转子上不产生损耗。但由于要检测转子的位置，因此，电动机的控制必须是闭环控制，尤其在起动过程中控制较为困难。 而IM电机的转子总是低于旋转磁场的转速（有滑差），也是由此而产生异步转矩。也正是该滑差引起热损耗而造成感应电机的效率恶化。另感应电机须在电网吸收一定的励磁电流来建立磁场，这也是造成感应电机效率低的原因之一。 永磁材料的导磁率