電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的發(fā)展分析
彭海濤，何志偉，余海闊
(華南理工夫?qū)W電力學(xué)院，廣州510640)
摘要：簡要的比較了幾種常用電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并指出了永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。在各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，永磁同步電機(jī)能量密度高，效率高、體積小、慣性低、響應(yīng)快，有很好的應(yīng)用前景，介紹了電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的目前研究狀況以及目前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；永磁同步電機(jī)；弱磁控制；控制策略；應(yīng)用
中圈分類號(hào)：tm351, tm341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001—6848[2010)06-0078-04
o引 言
電動(dòng)汽車具有低噪聲、零排放、高效、節(jié)能及能源多樣他和綜合利用等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為各國開發(fā)的主流。電動(dòng)汽車的發(fā)展有賴于技術(shù)的進(jìn)步，尤其是需要進(jìn)一步提高其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。電動(dòng)汽車對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是轉(zhuǎn)矩控制能力良好，轉(zhuǎn)矩密度高，運(yùn)行可靠性及在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的效率盡可能高，從而保證車輛具有良好的動(dòng)力性能和操控性，同時(shí)在車載動(dòng)力電池未能取得突破的情況下，延長車輛的續(xù)駛里程。研究并開發(fā)出高水平的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)提高我國電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)水平及電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義[2]。
隨著永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步電動(dòng)機(jī)以其高效率、高功率因數(shù)和高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流電機(jī)之一。
1 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較
電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代電動(dòng)汽車的核心，主要包括：電動(dòng)機(jī)、功率電子元器件及控制部分。評(píng)價(jià)電動(dòng)車的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上主要就是對(duì)不同電動(dòng)機(jī)及其控制方式進(jìn)行比較和分析。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)(dcm)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(im)、永磁電動(dòng)機(jī)(pm)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(srm)網(wǎng)類。下面分別對(duì)幾種電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行簡要分析和說明，其總體比較見表l。
1.1直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
在電動(dòng)汽車領(lǐng)域最早使用的就是直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，具有良好的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，但是由于采用機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，維護(hù)困難，并產(chǎn)生火花，容易對(duì)無線電產(chǎn)生干擾，這對(duì)高度智能化的未來電動(dòng)汽車是致命的弱點(diǎn)。另外，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積大、制造成本高、速度范圍有限、能量密度較低，這些都限制和妨礙了直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車中的進(jìn)一步應(yīng)用。
1.2感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在普遍采用變頻驅(qū)動(dòng)方式，常見的變頻控制技術(shù)有三種：v/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制。20世紀(jì)90年代以前主要以脈沖寬度調(diào)制 ( pwm)方式實(shí)現(xiàn)v/f控制和轉(zhuǎn)差頻率控制，但這兩種控制技術(shù)因轉(zhuǎn)速控制范圍小、轉(zhuǎn)矩特性不理想，面對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)汽車不太適用。近幾年，電動(dòng)汽車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要采用矢量控制技術(shù)。
1.3開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
以開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)( srm)為代表的磁阻電動(dòng)機(jī)是一種很有發(fā)展前途的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。srm是一種沒有任何形式的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體和****磁體的無刷電動(dòng)機(jī)，它的定子磁極和轉(zhuǎn)子磁檄都是凸的。srm具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單可靠、在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)高效運(yùn)行、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。但srm在振動(dòng)、噪聲、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、控制方式等方面還有許多問題需要解決，目前應(yīng)用還受到限制。
1.4永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
永磁電動(dòng)機(jī)既具有交流電動(dòng)機(jī)的無電刷結(jié)構(gòu)、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好的優(yōu)點(diǎn)，且無需勵(lì)磁繞組，可以做到體積小、控制效率高，是當(dāng)前電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)研發(fā)與應(yīng)用的熱點(diǎn)。永磁電動(dòng)柳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以分為無刷直流電動(dòng)機(jī)(bldcm)系統(tǒng)和永磁同步電動(dòng)機(jī)(pmsm)系統(tǒng)。無刷直流電動(dòng)機(jī)( bldcm)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是由于換相電流很難達(dá)到理想扶態(tài)，因此會(huì)造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)噪聲等問題。對(duì)于車速要求不太高的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，bldcm系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的重視和普遍應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)( pmsm)系統(tǒng)具有高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性以及低噪聲的特點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)永磁磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能 |
