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當前，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、低排放的電動汽車正受到高度重視。大力開發(fā)電動汽車將成為必然趨勢，而城市車輛和轎車是優(yōu)先向電動化發(fā)展的汽車種類。自1996年來，已有3種類型的電動汽車問世，即純電動汽車 、混合動力電動汽車以及燃料電池電動汽車。

    電動汽車雖然種類不一，但所用的牽引電機基本上大同小異。電動汽車在不同時期采用了不同的牽引電機。采用的是直流牽引電機。隨著電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，交流電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機顯示出比直流電動機更為優(yōu)越的性能，這些電動機正在逐步取代直流電動機。
1 電動汽車對牽引電動機的要求
電動汽車所用牽引電動機應(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)簡單、適合于大批量生產(chǎn)、使用維修方便、價格便宜等。

在電動汽車所用各種牽引電動機中，直流電動機效率低、可靠性差、重量大；交流異步牽引電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠；永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機相對應(yīng)的性能也都較直流電動機優(yōu)越。

2 直流牽引電動機

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

2.1、直流牽引電動機結(jié)構(gòu)

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

2.2、直流電動機工作原理

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

2.3、直流電動機特點

直流電動機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)直流電動機輸出轉(zhuǎn)矩的需要，脈沖輸出和變換直流電動機所需從零到高電壓，來控制和驅(qū)動直流電動機運轉(zhuǎn)。

直流電動機的容量范圍大，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)動系統(tǒng)也較簡單，價格便宜。但直流電機在結(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)復雜、效率低、質(zhì)量大以及體積大、耗材多等缺點。目前新研制的各種電動汽車已基本上不再采用直流電動機。

3 鼠籠式交流異步電動機

三相鼠籠式交流異步電動機是目前應(yīng)用得最廣泛的電動機，轉(zhuǎn)子上不需電刷，結(jié)構(gòu)簡單，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機的結(jié)構(gòu)

三相鼠籠式交流異步電動機由2個基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。定子由機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條。

3.2 鼠籠式交流異步電動機工作原理

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

3.3 鼠籠式交流異步電動機的控制

由于在電動汽車上，交流異步電動機不能直接使用蓄電池或發(fā)電機發(fā)出的電能（因為頻率一定）。交流異步電動機的轉(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機時，需應(yīng)用變頻器，將直流電或發(fā)電機發(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，實現(xiàn)對鼠籠式交流異步電動機的控制。

3.4、鼠籠式交流異步電動機的特點

雖然三相鼠籠式牽引電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、工作可靠、維護方便、價格便宜等優(yōu)點，得到了非常廣泛的應(yīng)用，但仍然存在技術(shù)上的難點。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、附加脈動轉(zhuǎn)矩、電磁噪聲等。4 永磁無刷直流電動機

4.1、永磁無刷直流電動機基本結(jié)構(gòu)  

永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由電動機本體、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數(shù)（2P=2、4┅┅）組成，圖1中的電動機本體為三相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)子與電動機轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。

4.2、永磁無刷直流電動機基本工作原理

圖1為永碳無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)原理圖，圖2為開關(guān)順序及定子磁場旋轉(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所示箭頭順時針方向轉(zhuǎn)動（Fa為繞組A-A’通電后產(chǎn)生的磁動勢），轉(zhuǎn)過120°電角度后，便進入第二狀態(tài)。第二狀態(tài)：V2導通，V1、V3截止，這時繞組A-A’斷電，B-B’繞組通電，如圖2b所示，電動機轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝箭頭所示順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過120°電角度后，便進入第三狀態(tài)。第三狀態(tài)：V3導通，V1、V2截止，這時B-B’繞組斷電，C-C’繞組通電，定子繞組磁場繼續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖2C所示，轉(zhuǎn)過120°電角度后就恢復到初始狀態(tài)，見圖2d所示。這樣周而復始，電動機便連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。

在永磁無刷直流電動機運行過程中，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機正反轉(zhuǎn)，這些都可以通過微電子系統(tǒng)加以實現(xiàn)。

4.3、永磁無刷直流電動機的特點

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

 開關(guān)磁阻電動機簡稱SR。它是一種新型電動機，因其結(jié)構(gòu)簡單、堅固、工作可靠、效率高，其調(diào)速系統(tǒng)（SRD）運行性能和經(jīng)濟指標比普通的交流調(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)磁阻電動機的結(jié)構(gòu)

 SR電動機結(jié)構(gòu)簡單，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，徑向相對的2個繞組串聯(lián)成1個兩極磁極，稱為“一相”。SR電動機可設(shè)計成多種不同相數(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)矩脈動小，但結(jié)構(gòu)復雜，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電動機結(jié)構(gòu)剖面圖。為簡單計，圖中只畫出A相繞組及其供電線路。

5.2、開關(guān)磁阻電動機工作原理

SR電動機的運行遵循“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到小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。

以圖3作為起始位置時，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A相定子繞組通電時（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)子按逆時針方向轉(zhuǎn)了一個15°的角度。這時，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15°的空間角，此時斷開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)子按逆時針方向又轉(zhuǎn)了一個15°的角度。這時定子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)子會按逆時針方向運轉(zhuǎn)。 反之，若依次給C→B→A→D→Ｃ相通電，則電動機會沿順時針方向運轉(zhuǎn)。可見，SR電動機的轉(zhuǎn)向取決于各相繞組通電的順序。

5.3 開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)組成

開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)簡稱SRD，主要由SR電動機、功率變換器、控制器、位置檢測器及速度檢測器等部分組成。

6 正在研發(fā)的新的電動汽車牽引電機

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

6.1、永磁式開關(guān)磁阻電動機

    這種電動機在磁阻轉(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的功率密度和減小轉(zhuǎn)矩脈動，以利于它在電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用。

6.2、轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁結(jié)構(gòu)同步電動機

這種電動機具有磁場控制能力，類似直流電動機的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合電動汽車低速大力矩和恒功寬高速的需求。

此外，正在研發(fā)的牽引電動機驅(qū)動系統(tǒng)熱門課題還有：

（1）車輪電機驅(qū)動系統(tǒng)。

（2）雙饋電異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)和雙饋電永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)等。

（3）永磁無刷交流電動機。
7 結(jié)束語

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

表1 電動汽車常用各種電動機的性能比較表