在環(huán)保的大環(huán)境下,電動汽車也成為了近年來研究的熱點,電動汽車在城市交通中可以實現(xiàn)零排放或極低排放,在環(huán)保領域優(yōu)勢巨大,各國都在努力發(fā)展電動汽車。電動汽車主要是由電機驅(qū)動系統(tǒng)、電池系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成,其中的電機驅(qū)動系統(tǒng)是直接將電能轉(zhuǎn)換為機械能的部分,決定了電動汽車的性能指標。因此,對于驅(qū)動電機的選擇就尤為重要。
 
1、電動汽車對于驅(qū)動電機的要求
        目前對于電動汽車性能的評定,主要是考慮以下三個性能指標:
        (1)最大行駛里程(km):電動汽車在電池充滿電后的最大行駛里程;
        (2)加速能力(s):電動汽車從靜止加速到一定的時速所需要的最小時間;
        (3)最高時速(km/h):電動汽車所能達到的最高時速。
        針對于電動汽車的驅(qū)動特點所設計的電機,相比于工業(yè)用電機有著特殊的性能要求:
        (1)電動汽車驅(qū)動電機通常要求可以頻繁的啟動/停車、加速/減速、轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能要求較高;
        (2)為了減少整車的重量,通常取消多級變速器,這就要求在低速或爬坡時,電機可以提供較高的轉(zhuǎn)矩,通常來說要能夠承受4-5倍的過載;
        (3)要求調(diào)速范圍盡量大,同時在整個調(diào)速范圍內(nèi)還需要保持較高的運行效率;
        (4)電機設計時盡量設計為高額定轉(zhuǎn)速,同時盡量采用鋁合金外殼,高速電機體積小,有利于減少電動汽車的重量;
        (5)電動汽車應具有最優(yōu)化的能量利用,具有制動能量回收功能,再生制動回收的能量一般要達到總能量的10%-20%;
        (6)電動汽車所使用的電機工作環(huán)境更加復雜、惡劣,要求電機在有著很好的可靠性和環(huán)境適應性,同時還要保證電機生產(chǎn)的成本不能過高。
 
2、幾種常用的驅(qū)動電機

2.1直流電動機
    在電動汽車發(fā)展的早期,大部分的電動汽車都采用直流電動機作為驅(qū)動電機,這類電機技術較為成熟,有著控制方式容易,調(diào)速優(yōu)良的特點,曾經(jīng)在調(diào)速電動機領域內(nèi)有著最為廣泛的應用。但是由于直流電動機有著復雜的機械結(jié)構(gòu),例如:電刷和機械換向器等,導致它的瞬時過載能力和電機轉(zhuǎn)速的進一步提高受到限制,而且在長時間工作的情況下,電機的機械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生損耗,提高了維護成本。此外,電動機運轉(zhuǎn)時電刷冒出的火花使轉(zhuǎn)子發(fā)熱,浪費能量,散熱困難,也會造成高頻電磁干擾,影響整車性能。由于直流電動機有著以上缺點,目前的電動汽車已經(jīng)基本將直流電機淘汰。
 
2.2交流異步電動機
    交流異步電機是目前工業(yè)中應用十分廣泛的一類電機,其特點是定、轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成,兩端用鋁蓋封裝,定、轉(zhuǎn)子之間沒有相互接觸的機械部件,結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠耐用,維修方便。交流異步電機與同功率的直流電動機相比效率更高,質(zhì)量約輕了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式,可以獲得與直流電機相媲美的可控性和更寬的調(diào)速范圍。由于有著效率高、比功率較大、適合于高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)勢,交流異步機是目前大功率電動汽車上應用最廣的電機。目前,交流異步電機已經(jīng)大規(guī)?;a(chǎn),有著各種類型的成熟產(chǎn)品可以選擇。但在高速運轉(zhuǎn)的情況下電機的轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴重,工作時要保證電機冷卻,同時異步電機的驅(qū)動、控制系統(tǒng)很復雜,電機本體的成本也偏高,相比較于永磁式電動機和開關磁阻電機而言,異步電機的效率和功率密度偏低,對于提高電動汽車的最大行駛里程不利。
 
2.3永磁式電動機
    永磁式電動機根據(jù)定子繞組的電流波形的不同可分為兩種類型,一種是無刷直流電機,它具有矩形脈沖波電流;另一種是永磁同步電機,它具有正弦波電流。這兩種電機在結(jié)構(gòu)和工作原理上大體相同,轉(zhuǎn)子都是永磁體,減少了勵磁所帶來的損耗,定子上安裝有繞組通過交流電來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,所以冷卻相對容易。由于這類電機不需要安裝電刷和機械換向結(jié)構(gòu),工作時不會產(chǎn)生換向火花,運行安全可靠,維修方便,能量利用率較高。
 
    永磁式電動機的控制系統(tǒng)相比于交流異步電機的控制系統(tǒng)來說更加簡單。但是由于受到永磁材料工藝的限制,使得永磁式電動機的功率范圍較小,一般最大功率只有幾十千萬,這是永磁電機最大的缺點。同時,轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下,會產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象,所以在相對復雜的工作條件下,永磁式電機容易發(fā)生損壞。而且永磁材料價格較高,因此整個電機及其控制系統(tǒng)成本較高。
 
2.4開關磁阻電機
    開關磁阻電機作為一種新型電機,相比其他類型的驅(qū)動電機而言,開關磁阻電機的結(jié)構(gòu)最為簡單,定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子上沒有繞組,定子裝有簡單的集中繞組,具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點。而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性,同時適用于惡劣環(huán)境,非常適合作為電動汽車的驅(qū)動電機使用。
 
    考慮到作為電動汽車驅(qū)動電機使用,直流電機和永磁式電機在結(jié)構(gòu)和面對復雜的工作環(huán)境適應性太差,很容易發(fā)生機械和退磁的故障。開關磁阻電機與交流異步機相比,有著以下方面的明顯優(yōu)勢。