電動車用電機的發展趨勢

    鄭萍  崔淑梅  宋立偉  宋凱  劉洪灝  李旺

    (哈爾濱工業大學150001)

    【摘  要】結合電動車的發展過程及北京電動車會議，討論電動車用電機的發展趨勢，并簡要論述電動車驅動方式的發展趨勢。

1  引  言

    電動車的發展史是螺旋上升的歷史。從1834年美國人達溫坡特(davenport)在布蘭頓城街上演示他自己制造的小電池車開始，電動車逐漸發展達到興盛。19世紀末，汽車制造成功，由于汽車的性能遠高于電動車，使電動車受到排擠。20世紀60年代，汽車已成為城市主要污染源，70年代出現了石油危機，這使電動車重又得到重視。各國政府開始制定法規研制電動車。現在，汽車工業已發展成為國民經濟的支柱產業，汽車已成為人們生活中不可缺少的一部分；但同時，汽車給城市造成了嚴重的污染，而且全球已探明石油資源僅能開發使用40多年。因此，研究高性能的電動車以替代汽車是歷史的必然。目前，世界電動車的發展已由試運行向推廣應用方向過渡：日本從1996年開始向國內用戶銷售商品車，美國從1997年開始向美國用戶銷售商品車。中國的電動車目前處于研制階段。為了促進國際廣泛的交流與合作，國家科委和機械工業部在1996年12月6～15日舉辦了1996北京國際電動汽車及代用燃料汽車技術交流、研討會暨展覽會。就電動車發展中的各種問題進行了探討。同時，國內外的汽車生產廠家及國內的一些大專院校、科研單位展出了自己研制的電動車。本次會議反映了電動車的一些****研究成果，從中也可以看出電動車用電機的發展趨勢。

2制約電動車發展的關鍵

以電動車與傳統的燃油汽車進行比較，相當于以電池代替燃油，以電動機代替發動機。由于電池的能量密度(單位重量儲存的能量，wh／kg)遠遠低于燃油，傳統結構電動機的性能又不能直接適用于電動車，因此，電池和電動機既是電動車的核心，同時又是制約電動車發展的關鍵。

3  電動車用電機的發展趨勢

    雖然各種各樣的驅動用電動機早已研究得很成熟，但它們并不能直接適用于電動車，因為電動車有其特有的運行特點，所以所用的電動機必須滿足這些特點才能獲得高性能。

3．1電動車的特點

    電動車最顯著的特點是頻繁的起停、加減速，而不是運行于某一恒速下。近期，電動車主要用于在污染比較嚴重的大中城市市區固定路線行駛和某些特殊場合，如機場、車站、碼頭、倉庫、遂道和旅游區域等地方。人們對電動車的1次充電行駛距離和****時速有一定要求，但要求不是很高。一般1次充電行駛50～100km，****時速在100km／h以內就可滿足要求。從長遠看，電動車要取代燃油汽車，它的性能必須可與燃油汽車相比，所以它的1次充電行駛距離和****時速都要大大提高。另外，可靠性和價格也是人們比較關注的問題。

3．2電動車用電機應具備的特點

    基于電動車的特點，對所用的電動機就應有一定的要求。為了提高****時速，電動機應有較高的瞬時功率和功率密度(w／kg)。為了提高1次充電行駛距離，電動機應有較高的效率，而且電動車是變速工作的，所以電動機應有較高的高低速綜合效率。電動車起動和爬坡時速度較低，但要求力矩較大；正常運行時需要的力矩較小，而速度很高，故用于電動車的電機的典型機械特性曲線如附圖所示。即在低速時為恒轉矩特性，高速時為恒功率特性，且電動機的運行速度范圍應該較寬。另外，電動機應堅固、可靠，且價格較低。

3．3電動車用電機的發展趨勢

    在電動車發展初期，多采用直流電動機。在試制大客車時用串勵電動機，在小客車及小貨車上用并勵、復勵電動機。隨著永磁材料的發展，永磁直流電動機也有所應用。直流電動機的優點是有比較好的控制特性。但它重量大，效率低，價格貴，而且由于電刷和滑環的存在，需要維護，電刷磨損又會造成不安全工作。因此，隨著電力電子器件的發展，交流電動機逐漸成熟，直流電動機逐漸被交流電動機所取代。這次會議參展的電動機也以使用交流電動機為主。

    異步電動機以其低費用、高可靠性、高速、低轉矩波動／噪聲和不用位置傳感器等優點而首先被選用，矢量控制的異步電動機更以其優異的性能成了電動車的第一選擇。本次參展的美國通用汽車公司的evl、福特汽車公司的ranger ev以及國內遠望公司的電動客車都采用了異步電動機。以．evl為例，其性能見附表，evl是曾在1990年芝加哥汽車博覽會上引起轟動的“沖擊”(impact)概念車的商品化車。可以看出，它的續駛里程和****時