我國(guó)車(chē)用電機(jī)在全球資源條件下具有明顯的比較優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿^大。從新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，受益端將主要集中在核心零部件領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀：電機(jī)業(yè)中的小行業(yè)、但制造門(mén)檻高，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還存在較多差距與不足，但國(guó)內(nèi)政策扶持將加快產(chǎn)業(yè)步伐。作為新能源汽車(chē)的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，圖1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展前景可觀。 ? 1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 新能源汽車(chē)具有環(huán)保、節(jié)約、簡(jiǎn)單三大優(yōu)勢(shì)。在純電動(dòng)汽車(chē)上體現(xiàn)尤為明顯：以電動(dòng)機(jī)代替燃油機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)而無(wú)需自動(dòng)變速箱。相對(duì)于自動(dòng)變速箱，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠。 傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速限制在一個(gè)窄的范圍內(nèi)，這就是為何傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)需要龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)的原因；而電動(dòng)機(jī)可以在相當(dāng)寬廣的速度范圍內(nèi)高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在純電動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。 與混合動(dòng)力汽車(chē)相比，純電動(dòng)車(chē)使用單一電能源，電控系統(tǒng)大大減少了汽車(chē)內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化，也降低了機(jī)械部件摩擦導(dǎo)致的能量損耗及噪音，節(jié)省了汽車(chē)內(nèi)部空間、重量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)車(chē)輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車(chē)的重要部件。 電動(dòng)汽車(chē)中的燃料電池汽車(chē)FCV、混合動(dòng)力汽車(chē)HEV和純電動(dòng)汽車(chē)EV三大類(lèi)都要用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，選擇合適的電動(dòng)機(jī)是提高各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)性價(jià)比的重要因素，因此研發(fā)或完善能同時(shí)滿足車(chē)輛行駛過(guò)程中的各項(xiàng)性能要求，并具有堅(jiān)固耐用、造價(jià)低、效能高等特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式顯得極其重要。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車(chē)三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車(chē)車(chē)輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車(chē)的重要部件。電動(dòng)汽車(chē)的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如下圖2所示。電動(dòng)機(jī)一般要求具有電動(dòng)、發(fā)電兩項(xiàng)功能，按類(lèi)型可選用直流、交流、永磁無(wú)刷或開(kāi)關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機(jī)，如圖3。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機(jī)類(lèi)型，有 DC/DC 功率變換器、DC/AC 功率變換器等形式，其作用是按所選電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級(jí)的直流、交流或脈沖電源。 電機(jī)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)械，用于實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。運(yùn)行時(shí)從電系統(tǒng)吸收電功率，向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、控制器（逆變器）構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所占的成本之比約為1:1，根據(jù)設(shè)計(jì)原理與分類(lèi)方式的不同，電機(jī)的具體構(gòu)造與成本構(gòu)成也有所差異。電機(jī)的控制系統(tǒng)主要起到調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其滿足整車(chē)不同運(yùn)行要求的目的。針對(duì)不同類(lèi)型的電機(jī)，控制系統(tǒng)的原理與方式有很大差別。 圖 2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成框圖圖3 電機(jī)的分類(lèi)（按原理） 2電動(dòng)汽車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本要求 比較四種常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用以及優(yōu)缺點(diǎn)等。 1.電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的基本要求有以下幾點(diǎn)： （1）電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。 （2）重量輕，以減輕車(chē)輛的整體重量。應(yīng)盡量采用鋁合金外殼，同時(shí)轉(zhuǎn)速要高，以減輕整車(chē)的質(zhì)量，增加電機(jī)與車(chē)體的適配性，擴(kuò)大車(chē)體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。 （3）可靠性高、失效模式可控，以保證乘車(chē)者的安全。 （4）提供精確的力矩控制，動(dòng)態(tài)性能較好。 （5）效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續(xù)駛里程。 （6）成本低，以降低車(chē)輛生產(chǎn)的整體費(fèi)用。 （7）調(diào)速范圍寬。應(yīng)包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低速運(yùn)行輸出的恒定轉(zhuǎn)矩大，以滿足汽車(chē)快速啟動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡等要求；高速運(yùn)行輸出恒定功率，有較大的調(diào)速范圍，以滿足平坦的路面、超車(chē)等高速行駛的要求。 （8）瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)。要保證汽車(chē)具有4~5倍的過(guò)載能力，以滿足短時(shí)內(nèi)加速行駛與最大爬坡的要求。 （9）環(huán)境適應(yīng)性好。要適應(yīng)汽車(chē)本身行駛的不同區(qū)域環(huán)境，即使在較惡劣的環(huán)境中也能夠正常工作，具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。 （10）制動(dòng)再生效率高。在汽車(chē)減速時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)反饋制動(dòng)，將能量回收并反饋回電池，使得電動(dòng)汽車(chē)具有最佳能量利用率。 （11）其他。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便。 （12）與一般工業(yè)用電機(jī)不同，用于汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、后備功率高、效率高的特性，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等。未來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)將朝著永磁化、數(shù)字化和集成化方向發(fā)展。 2、異步電動(dòng)機(jī)（感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用 （1）異步電動(dòng)機(jī)介紹 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)“異步電動(dòng)機(jī)”，即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動(dòng)機(jī)中不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并不是用機(jī)械方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。而是以交流電通于數(shù)對(duì)電磁鐵中，使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變，故相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。這種電動(dòng)機(jī)并不像直流電動(dòng)機(jī)有電刷或集電環(huán)，依據(jù)所用交流電的種類(lèi)有單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 （2）異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 異步電動(dòng)機(jī)有下面的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用；運(yùn)行可靠、維護(hù)方便；價(jià)格低廉，體積小、質(zhì)量輕；環(huán)境適應(yīng)性好；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低，噪聲低。交流異步電動(dòng)機(jī)成本低而且可靠性高，逆變器即便損壞而產(chǎn)生短路時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，所以不會(huì)出現(xiàn)急剎車(chē)的可能性。因此，廣泛應(yīng)用于大型高速的電動(dòng)汽車(chē)中。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的功率容量覆蓋面很廣，從零點(diǎn)幾瓦到幾千瓦。它可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)再生制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，效率較高、重量約要輕一半左右。 同時(shí)它有下面的缺點(diǎn)：功率因數(shù)低，運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng)；控制復(fù)雜，易受電機(jī)參數(shù)及負(fù)載變化的影響；轉(zhuǎn)子不易散熱；調(diào)速性能差，調(diào)速范圍窄。 優(yōu)勢(shì)分析：新能源汽車(chē)專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)從電池中獲取有限的能量產(chǎn)生動(dòng)作，所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)更加嚴(yán)格。適合作為電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電機(jī)需要滿足幾個(gè)特性：由高速化而生的小型輕量化（堅(jiān)固性）、高效性（一次充電后的續(xù)駛里程長(zhǎng)）、低速大轉(zhuǎn)矩情況下的大范圍內(nèi)的恒定輸出特性、壽命長(zhǎng)以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。 但是現(xiàn)實(shí)中全部滿足以上幾個(gè)特性的電機(jī)還未被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前更適于新能源汽車(chē)的電機(jī)是交流異步電機(jī)和PM電動(dòng)機(jī)。 （3）異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 由于交流三相感應(yīng)電機(jī)不能直接使用直流電，因此需要逆變裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。新能源汽車(chē)減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，給蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在新能源汽車(chē)上，由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的 PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電。三相異步電動(dòng)機(jī)逆變器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、轉(zhuǎn)差率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法（DTC）。20世紀(jì)90年代以前主要使用前兩種控制方式，但是因轉(zhuǎn)速控制范圍小，轉(zhuǎn)矩特性不理想，而對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)車(chē)并不適合?，F(xiàn)在，后兩種控制方式目前處于主流的地位。 （4）異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀 在美國(guó)，異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的較多，這也被人為是和路況有關(guān)。在美國(guó)，高速公路已經(jīng)具有一定的規(guī)模，除了大城市外，汽車(chē)一般以一定的高速持續(xù)行駛，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在高速時(shí)有較高效率的異步電動(dòng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用。在我國(guó)，隨著高速公路規(guī)模的發(fā)展，交流異步電動(dòng)機(jī)在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越重要。 3、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用 隨著近些年來(lái)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、稀土永磁材料、傳感器技術(shù)與電機(jī)控制理論的快速發(fā)展，使得交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐漸成熟。相比于現(xiàn)有串勵(lì)或者并勵(lì)有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，永磁無(wú)刷電機(jī)擁有功率密度大、體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且采用永磁無(wú)刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)成本較低 ；采用全數(shù)字化和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得驅(qū)動(dòng)器接口靈活，控制能力更強(qiáng)，操作更加舒適；應(yīng)用能量回饋制動(dòng)技術(shù)，可以減少剎車(chē)片的磨損，同時(shí)又增加汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程。 因此，基于電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展需要和技術(shù)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可靠、低成本、性能優(yōu)良的全數(shù)字化電動(dòng)汽車(chē)永磁無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。 （1）永磁同步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 在電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)有兩種方法。一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種方法既需要有專(zhuān)門(mén)的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動(dòng)，例如普通的直流電機(jī)和同步電機(jī)。另一種是由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種方法既可簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量。由永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)的電機(jī)就是永磁電機(jī)。 它利用永磁體建立勵(lì)磁磁場(chǎng)的同步電動(dòng)機(jī)，其定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子用永磁材料制成。同步發(fā)電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個(gè)直流磁場(chǎng)而產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的直流電流，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。根據(jù)勵(lì)磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)，稱(chēng)為他勵(lì)發(fā)電機(jī)，從發(fā)電機(jī)本身獲得勵(lì)磁電源的，則稱(chēng)為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。 （2）永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 永磁同步電動(dòng)機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：功率因數(shù)大，效率高，功率密度大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)，使用壽命較長(zhǎng)、可靠性高；調(diào)速性能好，精度高；具有良好的瞬時(shí)特性，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低， 響應(yīng)速度快；頻率高，輸出轉(zhuǎn)矩大，極限轉(zhuǎn)速和制動(dòng)性能優(yōu)于其他類(lèi)型的電機(jī)；采用電子功率器件作為換向裝置，驅(qū)動(dòng)靈活，可控性強(qiáng)；形狀和尺寸靈活多樣，便于進(jìn)行外形設(shè)計(jì)；采用稀土永磁材料后電機(jī)的體積小、質(zhì)量輕。 但是永磁同步電動(dòng)機(jī)也有以下缺點(diǎn)：電機(jī)造價(jià)較高；在恒功率模式下，操縱較為復(fù)雜，控制系統(tǒng)成本較高；弱磁能力差，調(diào)速范圍有限；功率范圍較小，受磁材料工藝的影響和限制，最大功率僅為幾十千瓦；低速時(shí)額定電流較大，損耗大，效率較低；永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。永磁材料磁場(chǎng)不可變，要想增大電機(jī)的功率，其體積會(huì)很大；抗腐蝕性差；不易裝配。 （3）永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的優(yōu)越性 ①轉(zhuǎn)矩、功率密度大、起動(dòng)力矩大。永磁電機(jī)氣隙磁密度可大大提高，電機(jī)指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)，使得電機(jī)體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，在汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)能提供有效地啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足汽車(chē)的運(yùn)行需求。 ②力能指標(biāo)好。Y系列電機(jī)在60%的負(fù)荷下工作時(shí),效率下降15% ,功率因數(shù)下降 30%，力能指標(biāo)下降 40%。而永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微,當(dāng)電機(jī)只有 20%負(fù)荷時(shí),其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的 80%以上。同時(shí)永磁無(wú)刷同步電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長(zhǎng),一直延伸到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%左右,這對(duì)提高汽車(chē)的低速動(dòng)力性能有很大幫助。 ③高效節(jié)能。在轉(zhuǎn)子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步運(yùn)行,轉(zhuǎn)子繞組無(wú)感生電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻和磁滯損耗,提高了電機(jī)效率。永磁電機(jī)不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數(shù)。如在25%-120%額定負(fù)載范圍內(nèi)永磁同步電機(jī)均可保持較高的效率和功率因素。 ④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。用永磁材料勵(lì)磁,可將原勵(lì)磁電機(jī)中勵(lì)磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結(jié)構(gòu)上大大簡(jiǎn)化，改善了電機(jī)的工藝性,而且電機(jī)運(yùn)行的機(jī)械可靠性大為增強(qiáng),壽命增加。轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無(wú)功電流，電機(jī)溫升低,這樣也可以使整車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的負(fù)荷降低,進(jìn)一步提高整車(chē)運(yùn)行的效率。 （4）永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)