電動汽車用永磁同步電機的發展分析
彭海濤，何志偉，余海闊
(華南理工夫學電力學院，廣州510640)
摘要：簡要的比較了幾種常用電動汽車的驅動系統，并指出了永磁同步電動機的優勢。在各類驅動電機中，永磁同步電機能量密度高，效率高、體積小、慣性低、響應快，有很好的應用前景，介紹了電動車驅動用永磁同步電機的目前研究狀況以及目前的研究熱點和發展趨勢。
關鍵詞：電動汽車；永磁同步電機；弱磁控制；控制策略；應用
中圈分類號：tm351, tm341 文獻標志碼：a 文章編號：1001—6848[2010)06-0078-04
o引 言
電動汽車具有低噪聲、零排放、高效、節能及能源多樣他和綜合利用等顯著優點，成為各國開發的主流。電動汽車的發展有賴于技術的進步，尤其是需要進一步提高其驅動系統的性能。電動汽車對其驅動系統的要求是轉矩控制能力良好，轉矩密度高，運行可靠性及在整個調速范圍內的效率盡可能高，從而保證車輛具有良好的動力性能和操控性，同時在車載動力電池未能取得突破的情況下，延長車輛的續駛里程。研究并開發出高水平的電機驅動控制系統，對提高我國電動汽車驅動系統水平及電動汽車的產業化具有重要意義[2]。
隨著永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步電動機以其高效率、高功率因數和高功率密度等優點，正逐漸成為電動汽車驅動系統的主流電機之一。
1 電動汽車用電動機及驅動系統比較
電氣驅動系統作為現代電動汽車的核心，主要包括：電動機、功率電子元器件及控制部分。評價電動車的電氣驅動系統實質上主要就是對不同電動機及其控制方式進行比較和分析。目前正在應用或開發的電動車用電動機主要有直流電動機(dcm)、感應電動機(im)、永磁電動機(pm)、開關磁阻電動機(srm)網類。下面分別對幾種電氣驅動系統進行簡要分析和說明，其總體比較見表l。
1.1直流電動機驅動系統
在電動汽車領域最早使用的就是直流電動機。直流電動機結構簡單，易于控制，具有良好的電磁轉矩控制特性，但是由于采用機械換向結構，維護困難，并產生火花，容易對無線電產生干擾，這對高度智能化的未來電動汽車是致命的弱點。另外，直流電動機驅動系統體積大、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機在電動汽車中的進一步應用。
1.2感應電動機驅動系統
感應電動機現在普遍采用變頻驅動方式，常見的變頻控制技術有三種：v/f控制、轉差頻率控制、矢量控制。20世紀90年代以前主要以脈沖寬度調制 ( pwm)方式實現v/f控制和轉差頻率控制，但這兩種控制技術因轉速控制范圍小、轉矩特性不理想，面對于需頻繁起動、加減速的電動汽車不太適用。近幾年，電動汽車感應電動機主要采用矢量控制技術。
1.3開關磁阻電動機驅動系統
以開關磁阻電動機( srm)為代表的磁阻電動機是一種很有發展前途的電動機驅動系統。srm是一種沒有任何形式的轉子導體和****磁體的無刷電動機，它的定子磁極和轉子磁檄都是凸的。srm具有轉子結構簡單可靠、在較寬轉速和轉矩范圍內高效運行、響應速度快等優點。但srm在振動、噪聲、轉矩脈動、控制方式等方面還有許多問題需要解決，目前應用還受到限制。
1.4永磁電動機驅動系統
永磁電動機既具有交流電動機的無電刷結構、運行可靠等優點，又具有直流電動機的調速性能好的優點，且無需勵磁繞組，可以做到體積小、控制效率高，是當前電動汽車電動機研發與應用的熱點。永磁電動柳驅動系統可以分為無刷直流電動機(bldcm)系統和永磁同步電動機(pmsm)系統。無刷直流電動機( bldcm)系統具有轉矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優點，但是由于換相電流很難達到理想扶態，因此會造成轉矩脈動、振動噪聲等問題。對于車速要求不太高的電動汽車驅動領域，bldcm系統具有一定的優勢，得到了廣泛的重視和普遍應用。永磁同步電動機( pmsm)系統具有高控制精度、高轉矩密度、良好的轉矩平穩性以及低噪聲的特點，通過合理設計永磁磁路結構能獲得較高的弱磁性能 |
