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當(dāng)前，汽車給城市污染帶來的問題越來越突出，為致力于解決此問題，高效率、低排放的電動(dòng)汽車正受到高度重視。大力開發(fā)電動(dòng)汽車將成為必然趨勢(shì)，而城市車輛和轎車是優(yōu)先向電動(dòng)化發(fā)展的汽車種類。自1996年來，已有3種類型的電動(dòng)汽車問世，即純電動(dòng)汽車 、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車以及燃料電池電動(dòng)汽車。

    電動(dòng)汽車雖然種類不一，但所用的牽引電機(jī)基本上大同小異。電動(dòng)汽車在不同時(shí)期采用了不同的牽引電機(jī)。采用的是直流牽引電機(jī)。隨著電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)顯示出比直流電動(dòng)機(jī)更為優(yōu)越的性能，這些電動(dòng)機(jī)正在逐步取代直流電動(dòng)機(jī)。
1 電動(dòng)汽車對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)的要求
電動(dòng)汽車所用牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍，高效、低耗，各種配套的控制裝置的重量要盡可能輕，系統(tǒng)噪聲要低。另外，還要求可靠性好、耐高溫及耐潮、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合于大批量生產(chǎn)、使用維修方便、價(jià)格便宜等。

在電動(dòng)汽車所用各種牽引電動(dòng)機(jī)中，直流電動(dòng)機(jī)效率低、可靠性差、重量大；交流異步牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠；永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相對(duì)應(yīng)的性能也都較直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)越。

2 直流牽引電動(dòng)機(jī)

較早開發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流牽引電動(dòng)機(jī)，即使現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車上仍然還采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2.1、直流牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

直流牽引電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)子電樞繞組和定子勵(lì)磁繞阻、機(jī)座和電刷換向裝置等主要部件組成。串激式直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián)，而它激式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組是分開的。

2.2、直流電動(dòng)機(jī)工作原理

直流電動(dòng)機(jī)接上直流電源后，勵(lì)磁繞組將有勵(lì)磁電流通過，建立磁場(chǎng)。這磁場(chǎng)在空間固定不動(dòng)，當(dāng)電樞繞組經(jīng)電刷和換向器的滑動(dòng)接觸而通過電流時(shí)，受到固定不動(dòng)的勵(lì)磁磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，力的方向可按左手定則判定，通過控制電樞及勵(lì)磁繞組的電壓、電流大小調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)汽車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)汽車。

2.3、直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

直流電動(dòng)機(jī)以前通過電阻降壓調(diào)速，這要消耗大量能量。目前多數(shù)采用直流斬波器來控制它的輸入電壓、電流，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的需要，脈沖輸出和變換直流電動(dòng)機(jī)所需從零到高電壓，來控制和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

直流電動(dòng)機(jī)的容量范圍大，可以根據(jù)需要選用。其制造技術(shù)和控制技術(shù)都較成熟，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。但直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上有電刷、換向器等易磨損件，因此存在維修保養(yǎng)困難、壽命較短、使用環(huán)境要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、質(zhì)量大以及體積大、耗材多等缺點(diǎn)。目前新研制的各種電動(dòng)汽車已基本上不再采用直流電動(dòng)機(jī)。

3 鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)

三相鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)是目前應(yīng)用得最廣泛的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子上不需電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，已經(jīng)能夠大批量的生產(chǎn)。

3.1 鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

三相鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)由2個(gè)基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。定子由機(jī)座和三相定子繞組組成，接電源；轉(zhuǎn)子由硅鋼片選成，內(nèi)有成鼠籠型互成短路的導(dǎo)條。

3.2 鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)工作原理

當(dāng)在異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組上加上三相交流電時(shí)，在電機(jī)中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速由定子電壓的頻率及電動(dòng)機(jī)極數(shù)所決定。磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，輸出動(dòng)能。

3.3 鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)的控制

由于在電動(dòng)汽車上，交流異步電動(dòng)機(jī)不能直接使用蓄電池或發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能（因?yàn)轭l率一定）。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與所供交流電的頻率近成正比，因此在采用交流異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，需應(yīng)用變頻器，將直流電或發(fā)電機(jī)發(fā)出的固定頻率的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)的控制。

3.4、鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

雖然三相鼠籠式牽引電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、工作可靠、維護(hù)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，得到了非常廣泛的應(yīng)用，但仍然存在技術(shù)上的難點(diǎn)。如變頻器所產(chǎn)生的高次諧波、高附加銅耗及鐵耗、高的絕緣介質(zhì)損耗、附加脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電磁噪聲等。4 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

4.1、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)  

永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路3部分組成。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等）。轉(zhuǎn)子由永久磁鐵按一定極對(duì)數(shù)（2P=2、4┅┅）組成，圖1中的電動(dòng)機(jī)本體為三相2極。三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應(yīng)的功率開關(guān)聯(lián)接。圖1中A相、B相、C相繞組分別與功率開關(guān)管V1、V2、V3相接。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。

4.2、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理

圖1為永碳無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖，圖2為開關(guān)順序及定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的意圖。

以圖2a所示狀態(tài)為初始位置，即第一狀態(tài)，V1導(dǎo)通，V2、V3截止，A-A’繞組通電，該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子磁極按圖2a所示箭頭順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)（Fa為繞組A-A’通電后產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)），轉(zhuǎn)過120°電角度后，便進(jìn)入第二狀態(tài)。第二狀態(tài)：V2導(dǎo)通，V1、V3截止，這時(shí)繞組A-A’斷電，B-B’繞組通電，如圖2b所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝箭頭所示順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過120°電角度后，便進(jìn)入第三狀態(tài)。第三狀態(tài)：V3導(dǎo)通，V1、V2截止，這時(shí)B-B’繞組斷電，C-C’繞組通電，定子繞組磁場(chǎng)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖2C所示，轉(zhuǎn)過120°電角度后就恢復(fù)到初始狀態(tài)，見圖2d所示。這樣周而復(fù)始，電動(dòng)機(jī)便連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。

在永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，通過控制各相繞組通電頻率及電流大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，控制定子繞組的通電次序使電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，這些都可以通過微電子系統(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)。

4.3、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，直接將近似方波的電流輸入其定子繞組中，可以使電動(dòng)機(jī)獲得較大轉(zhuǎn)矩，效率高、出力大、無電刷、高速性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、免維護(hù)或少維護(hù)、質(zhì)量輕。但目前，這種電機(jī)還存在損耗多、工作噪聲大及脈沖式輸出轉(zhuǎn)矩的缺點(diǎn)。
5 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱SR。它是一種新型電動(dòng)機(jī)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、工作可靠、效率高，其調(diào)速系統(tǒng)（SRD）運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比普通的交流調(diào)速系統(tǒng)好，具有很大的潛力，因而近幾年來，它在牽引調(diào)速領(lǐng)域異軍突起，發(fā)展頗為迅速。

5.1 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

 SR電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組，也無永磁體；定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的2個(gè)繞組串聯(lián)成1個(gè)兩極磁極，稱為“一相”。SR電動(dòng)機(jī)可設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配（定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)不同），一般優(yōu)選表2所示的定、轉(zhuǎn)子極數(shù)組合方案。相數(shù)多，步距角小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多、成本高。目前應(yīng)用較多的是三相（6/4）及四相（8/6）結(jié)構(gòu)。圖3示出四相（8/6）SR電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖。為簡(jiǎn)單計(jì)，圖中只畫出A相繞組及其供電線路。

5.2、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)工作原理

SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行遵循“小磁阻原理”——磁通總要沿小磁阻的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。

以圖3作為起始位置時(shí)，A相定子凸極1的磁極軸線1-1’之間不重合，相差15°的空間角。當(dāng)A相定子繞組通電時(shí)（B、C、D繞組不通電）所產(chǎn)生的磁力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子磁極軸線1-1’與定子磁極軸線A-A’重合的位置，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)了一個(gè)15°的角度。這時(shí)，定子B相的磁極軸線B-B’與轉(zhuǎn)子凸極2的磁極軸線2-2’之間相差一個(gè)15°的空間角，此時(shí)斷開A相電流而接通B相繞組電流（C、D相也不通電），在磁力的作用下，轉(zhuǎn)子軸線2-2’轉(zhuǎn)到定子極軸線B-B’重合的位置，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向又轉(zhuǎn)了一個(gè)15°的角度。這時(shí)定子C-C’軸線與轉(zhuǎn)子3-3’軸線又相差15°空間角 以此類推，如果起始位置為圖3所示位置，順序給A→B→C→D→A相繞組通電，轉(zhuǎn)子會(huì)按逆時(shí)針方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 反之，若依次給C→B→A→D→Ｃ相通電，則電動(dòng)機(jī)會(huì)沿順時(shí)針方向運(yùn)轉(zhuǎn)。可見，SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于各相繞組通電的順序。

5.3 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)組成

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱SRD，主要由SR電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器、位置檢測(cè)器及速度檢測(cè)器等部分組成。

6 正在研發(fā)的新的電動(dòng)汽車牽引電機(jī)

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的電機(jī)理論與控制方式層出不窮，推動(dòng)新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迅猛發(fā)展。高密度、高效率、輕量化、低成本、寬調(diào)速牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為各國(guó)研究和開發(fā)的主要熱點(diǎn)。

6.1、永磁式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

    這種電動(dòng)機(jī)在磁阻轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了永磁轉(zhuǎn)矩，永磁轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機(jī)的功率密度和減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以利于它在電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。

6.2、轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)

這種電動(dòng)機(jī)具有磁場(chǎng)控制能力，類似直流電動(dòng)機(jī)的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合電動(dòng)汽車低速大力矩和恒功寬高速的需求。

此外，正在研發(fā)的牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)熱門課題還有：

（1）車輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

（2）雙饋電異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和雙饋電永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。

（3）永磁無刷交流電動(dòng)機(jī)。
7 結(jié)束語

由以上介紹可知，牽引電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的主要部件之一。直流電動(dòng)機(jī)很早就被用作電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)成熟，因此在電動(dòng)汽車上有很大一部分是采用直流牽引電動(dòng)機(jī)的新型電動(dòng)汽車正在越來越多的采用性能更為優(yōu)越的交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，并向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。新的牽引電動(dòng)機(jī)和控制技術(shù)也正在越來越廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，加上新型電池的出現(xiàn)，將會(huì)大大推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。電的來源多種多樣，尤其在我國(guó)，水電資源相當(dāng)豐富，加上它的綠色環(huán)保特性，可以預(yù)見，不要多長(zhǎng)時(shí)間，電動(dòng)汽車必將逐步替代內(nèi)燃機(jī)汽車，占據(jù)主導(dǎo)地位。

表1 電動(dòng)汽車常用各種電動(dòng)機(jī)的性能比較表