我國車用電機(jī)在全球資源條件下具有明顯的比較優(yōu)勢，發(fā)展?jié)摿^大。從新能源汽車的產(chǎn)業(yè)鏈來看，受益端將主要集中在核心零部件領(lǐng)域。國內(nèi)車用驅(qū)動電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀：電機(jī)業(yè)中的小行業(yè)、但制造門檻高，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)還存在較多差距與不足，但國內(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，圖1，驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)未來發(fā)展前景可觀。 ? 1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)簡介 新能源汽車具有環(huán)保、節(jié)約、簡單三大優(yōu)勢。在純電動汽車上體現(xiàn)尤為明顯：以電動機(jī)代替燃油機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動而無需自動變速箱。相對于自動變速箱，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、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)矩時的轉(zhuǎn)速限制在一個窄的范圍內(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，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。 與混合動力汽車相比，純電動車使用單一電能源，電控系統(tǒng)大大減少了汽車內(nèi)部機(jī)械傳動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡化，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)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動汽車的重要部件。 電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV和純電動汽車EV三大類都要用電動機(jī)來驅(qū)動車輪行駛，選擇合適的電動機(jī)是提高各類電動汽車性價比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求，并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的電動機(jī)驅(qū)動方式顯得極其重要。 驅(qū)動電機(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)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動汽車的重要部件。電動汽車的整個驅(qū)動系統(tǒng)包括電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與其機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩個部分。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如下圖2所示。電動機(jī)一般要求具有電動、發(fā)電兩項功能，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種電動機(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機(jī)驅(qū)動電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級的直流、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，用于實現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。運(yùn)行時從電系統(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)動系統(tǒng)主要由電機(jī)、控制器（逆變器）構(gòu)成，驅(qū)動電機(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。針對不同類型的電機(jī)，控制系統(tǒng)的原理與方式有很大差別。 圖 2 電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成框圖圖3 電機(jī)的分類（按原理） 2電動汽車對驅(qū)動電機(jī)的基本要求 比較四種常用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用以及優(yōu)缺點等。 1.電動汽車電機(jī)的基本要求有以下幾點： （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。 （2）重量輕，以減輕車輛的整體重量。應(yīng)盡量采用鋁合金外殼，同時轉(zhuǎn)速要高，以減輕整車的質(zhì)量，增加電機(jī)與車體的適配性，擴(kuò)大車體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。 （3）可靠性高、失效模式可控，以保證乘車者的安全。 （4）提供精確的力矩控制，動態(tài)性能較好。 （5）效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續(xù)駛里程。 （6）成本低，以降低車輛生產(chǎn)的整體費用。 （7）調(diào)速范圍寬。應(yīng)包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低速運(yùn)行輸出的恒定轉(zhuǎn)矩大，以滿足汽車快速啟動、加速、負(fù)荷爬坡等要求；高速運(yùn)行輸出恒定功率，有較大的調(diào)速范圍，以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。 （8）瞬時功率大，過載能力強(qiáng)。要保證汽車具有4~5倍的過載能力，以滿足短時內(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）制動再生效率高。在汽車減速時，能夠?qū)崿F(xiàn)反饋制動，將能量回收并反饋回電池，使得電動汽車具有最佳能量利用率。 （11）其他。結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，適合大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時噪聲低，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)動電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、起動轉(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)簡單、成本低、維護(hù)簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等。未來我國電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)將朝著永磁化、數(shù)字化和集成化方向發(fā)展。 2、異步電動機(jī)（感應(yīng)電動機(jī)）在新能源汽車中的應(yīng)用 （1）異步電動機(jī)介紹 感應(yīng)電動機(jī)又稱“異步電動機(jī)”，即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場中，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，獲得一個轉(zhuǎn)動力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動的導(dǎo)體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動機(jī)中不轉(zhuǎn)動的部分，主要任務(wù)是產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場并不是用機(jī)械方法來實現(xiàn)。而是以交流電通于數(shù)對電磁鐵中，使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變，故相當(dāng)于一個旋轉(zhuǎn)的磁場。這種電動機(jī)并不像直流電動機(jī)有電刷或集電環(huán)，依據(jù)所用交流電的種類有單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。 （2）異步電動機(jī)的特點 異步電動機(jī)有下面的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用；運(yùn)行可靠、維護(hù)方便；價格低廉，體積小、質(zhì)量輕；環(huán)境適應(yīng)性好；轉(zhuǎn)矩脈動低，噪聲低。交流異步電動機(jī)成本低而且可靠性高，逆變器即便損壞而產(chǎn)生短路時也不會產(chǎn)生反電動勢，所以不會出現(xiàn)急剎車的可能性。因此，廣泛應(yīng)用于大型高速的電動汽車中。三相籠型異步電動機(jī)的功率容量覆蓋面很廣，從零點幾瓦到幾千瓦。它可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高、對環(huán)境的適應(yīng)性好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)再生制動。與同樣功率的直流電動機(jī)相比較，效率較高、重量約要輕一半左右。 同時它有下面的缺點：功率因數(shù)低，運(yùn)行時必須從電網(wǎng)吸收無功電流來建立磁場；控制復(fù)雜，易受電機(jī)參數(shù)及負(fù)載變化的影響；轉(zhuǎn)子不易散熱；調(diào)速性能差，調(diào)速范圍窄。 優(yōu)勢分析：新能源汽車專用的電動機(jī)，通過從電池中獲取有限的能量產(chǎn)生動作，所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工業(yè)用的電動機(jī)更加嚴(yán)格。適合作為電動汽車專用的電機(jī)需要滿足幾個特性：由高速化而生的小型輕量化（堅固性）、高效性（一次充電后的續(xù)駛里程長）、低速大轉(zhuǎn)矩情況下的大范圍內(nèi)的恒定輸出特性、壽命長以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。 但是現(xiàn)實中全部滿足以上幾個特性的電機(jī)還未被開發(fā)出來。目前更適于新能源汽車的電機(jī)是交流異步電機(jī)和PM電動機(jī)。 （3）異步電動機(jī)的控制系統(tǒng) 由于交流三相感應(yīng)電機(jī)不能直接使用直流電，因此需要逆變裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。新能源汽車減速或制動時，電機(jī)處在發(fā)電制動狀態(tài)，給蓄電池充電，實現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在新能源汽車上，由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的 PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電。三相異步電動機(jī)逆變器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、轉(zhuǎn)差率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法（DTC）。20世紀(jì)90年代以前主要使用前兩種控制方式，但是因轉(zhuǎn)速控制范圍小，轉(zhuǎn)矩特性不理想，而對于需頻繁起動、加減速的電動車并不適合?，F(xiàn)在，后兩種控制方式目前處于主流的地位。 （4）異步電動機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀 在美國，異步電動機(jī)應(yīng)用的較多，這也被人為是和路況有關(guān)。在美國，高速公路已經(jīng)具有一定的規(guī)模，除了大城市外，汽車一般以一定的高速持續(xù)行駛，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在高速時有較高效率的異步電動機(jī)得到廣泛應(yīng)用。在我國，隨著高速公路規(guī)模的發(fā)展，交流異步電動機(jī)在新能源汽車上的應(yīng)用也會越來越重要。 3、永磁無刷電動機(jī)在新能源汽車中的應(yīng)用 隨著近些年來電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計算機(jī)技術(shù)、稀土永磁材料、傳感器技術(shù)與電機(jī)控制理論的快速發(fā)展，使得交流驅(qū)動技術(shù)逐漸成熟。相比于現(xiàn)有串勵或者并勵有刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，永磁無刷電機(jī)擁有功率密度大、體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單牢固、易于維護(hù)等優(yōu)點，且采用永磁無刷電機(jī)作為驅(qū)動元件的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)成本較低 ；采用全數(shù)字化和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得驅(qū)動器接口靈活，控制能力更強(qiáng)，操作更加舒適；應(yīng)用能量回饋制動技術(shù)，可以減少剎車片的磨損，同時又增加汽車?yán)m(xù)駛里程。 因此，基于電動汽車市場發(fā)展需要和技術(shù)現(xiàn)狀，設(shè)計開發(fā)可靠、低成本、性能優(yōu)良的全數(shù)字化電動汽車永磁無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，對于電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。 （1）永磁同步電動機(jī)簡介 在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場有兩種方法。一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生磁場，這種方法既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動，例如普通的直流電機(jī)和同步電機(jī)。另一種是由永磁體來產(chǎn)生磁場，這種方法既可簡化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。由永磁體產(chǎn)生磁場的電機(jī)就是永磁電機(jī)。 它利用永磁體建立勵磁磁場的同步電動機(jī)，其定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成。同步發(fā)電機(jī)為了實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個直流磁場而產(chǎn)生這個磁場的直流電流，稱為發(fā)電機(jī)的勵磁電流。根據(jù)勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發(fā)電機(jī)，稱為他勵發(fā)電機(jī)，從發(fā)電機(jī)本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發(fā)電機(jī)。 （2）永磁同步電動機(jī)的特點 永磁同步電動機(jī)有以下優(yōu)點：功率因數(shù)大，效率高，功率密度大；結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)，使用壽命較長、可靠性高；調(diào)速性能好，精度高；具有良好的瞬時特性，轉(zhuǎn)動慣量低， 響應(yīng)速度快；頻率高，輸出轉(zhuǎn)矩大，極限轉(zhuǎn)速和制動性能優(yōu)于其他類型的電機(jī)；采用電子功率器件作為換向裝置，驅(qū)動靈活，可控性強(qiáng)；形狀和尺寸靈活多樣，便于進(jìn)行外形設(shè)計；采用稀土永磁材料后電機(jī)的體積小、質(zhì)量輕。 但是永磁同步電動機(jī)也有以下缺點：電機(jī)造價較高；在恒功率模式下，操縱較為復(fù)雜，控制系統(tǒng)成本較高；弱磁能力差，調(diào)速范圍有限；功率范圍較小，受磁材料工藝的影響和限制，最大功率僅為幾十千瓦；低速時額定電流較大，損耗大，效率較低；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(jī)的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁材料磁場不可變，要想增大電機(jī)的功率，其體積會很大；抗腐蝕性差；不易裝配。 （3）永磁電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)的優(yōu)越性 ①轉(zhuǎn)矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機(jī)氣隙磁密度可大大提高，電機(jī)指標(biāo)可實現(xiàn)最佳設(shè)計，使得電機(jī)體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅(qū)動電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉(zhuǎn)矩，滿足汽車的運(yùn)行需求。 ②力能指標(biāo)好。Y系列電機(jī)在60%的負(fù)荷下工作時,效率下降15% ,功率因數(shù)下降 30%，力能指標(biāo)下降 40%。而永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微,當(dāng)電機(jī)只有 20%負(fù)荷時,其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的 80%以上。同時永磁無刷同步電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長,一直延伸到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。 ③高效節(jié)能。在轉(zhuǎn)子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運(yùn)行,轉(zhuǎn)子繞組無感生電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻和磁滯損耗,提高了電機(jī)效率。永磁電機(jī)不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數(shù)。如在25%-120%額定負(fù)載范圍內(nèi)永磁同步電機(jī)均可保持較高的效率和功率因素。 ④結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機(jī)中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結(jié)構(gòu)上大大簡化，改善了電機(jī)的工藝性,而且電機(jī)運(yùn)行的機(jī)械可靠性大為增強(qiáng),壽命增加。轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機(jī)溫升低,這樣也可以使整車?yán)鋮s系統(tǒng)的負(fù)荷降低,進(jìn)一步提高整車運(yùn)行的效率。 （4）永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)