電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)轎車中的關(guān)鍵系統(tǒng)，純電動(dòng)轎車的運(yùn)行性能主要取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型和性能。純電動(dòng)轎車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由整車控制器、電機(jī)、逆變器、DC- DC、減速器以及驅(qū)動(dòng)輪構(gòu)成。典型的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如圖 1 所示。

電機(jī)系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車的唯一動(dòng)力源，承擔(dān)著電動(dòng)汽車加速、減速、爬坡、高速勻速行駛等復(fù)雜工況的動(dòng)力需求。同時(shí)汽車的工作環(huán)境惡劣，可靠性要求極高。 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求 ：

項(xiàng)目 | 直流電機(jī) | 交流電機(jī) | 永磁同步電機(jī) | 開關(guān)磁阻電機(jī) ----|------|----|----- 比功率|低|中|高|較高 峰值效率（%）|85 89|94 95|95 97|85 90 負(fù)荷效率（%）|88 91|79 85|90 92|78 86 轉(zhuǎn)速范圍（rpm）|4000 8000|9000 15000|4000~10000|>15000 可靠性|差|好|中|好 功率密度|低|中|最高|中 過載能力（%）|200|300 500|300|300 500 成本（￥/kw）|高|低|高|低于感應(yīng)電機(jī) 控制操作性能|最好|好|好|好 控制器成本|低|高|高|一般 輸出功率相對成本（元/kw）|| |1 | 近十年來,電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是開發(fā)系列化的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、永磁無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與原來的直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比,以上驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢,其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小,質(zhì)量輕,調(diào)速范圍廣,可靠性高。上表給出了各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較。目前,美國的汽車公司大多采用高速、高效的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),日本的汽車公司基本上采用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

異步電動(dòng)機(jī)其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,堅(jiān)固耐用,成本低廉,運(yùn)行可靠,低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),低噪聲,不需要位置傳感器,轉(zhuǎn)速極限高。

異步電動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟,使得異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢,因此被較早應(yīng)用于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),目前仍然是電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品(尤其在美國),但己被其他新型無刷永磁牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐步取代。

最大缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜,成本高;相對永磁電動(dòng)機(jī)而言,異步電動(dòng)機(jī)效率和功率密度偏低。

永磁無刷電動(dòng)機(jī)可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)或盤式軸向磁場結(jié)構(gòu),由于具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍,發(fā)展前景十分廣闊,在電動(dòng)車輛牽引電機(jī)中是強(qiáng)有力的競爭者,已在國內(nèi)外多種電動(dòng)車輛中獲得應(yīng)用。

內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)也稱為混合式永磁磁阻電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)在永磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上疊加了磁阻轉(zhuǎn)矩,磁阻轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機(jī)的過載能力和功率密度,而且易于弱磁調(diào)速,擴(kuò)大恒功率范圍運(yùn)行。內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論正在不斷完善和繼續(xù)深入,該電機(jī)結(jié)構(gòu)靈活,設(shè)計(jì)自由度大,有望得到高性能,適合用作電動(dòng)車高效、高密度、寬調(diào)速牽引驅(qū)動(dòng)。這些引起了各大汽車公司同行們的關(guān)注,特別是獲得了日本汽車公司同行的青睞。當(dāng)前,美國汽車公司同行在新車型設(shè)計(jì)中主要采用內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)。

表面凸出式永磁無刷直流電機(jī)也稱為永磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī),相對內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)而言,其弱磁調(diào)速范圍小,功率密度低。該結(jié)構(gòu)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,并可望得到低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),適合用作汽車的電子伺服驅(qū)動(dòng),如汽車電子動(dòng)力方向盤的伺服電機(jī)。

無位置傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是當(dāng)前永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究的一個(gè)熱點(diǎn),將成為永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一,具有潛在的競爭優(yōu)勢。

永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低速時(shí)常采用矢量控制,高速時(shí)用弱磁控制。

從20世紀(jì)os年代開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)問世后,打破了傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)理論和正弦波電壓源供電方式;并隨著磁阻電機(jī),永磁電機(jī)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入一個(gè)新的黃金時(shí)代;新的電機(jī)拓樸結(jié)構(gòu)與控制方式層出不窮,推動(dòng)了新一代機(jī)電一體化電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為各國研究和開發(fā)的主要熱點(diǎn)之一。

SRD開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊牢固,適合于高速運(yùn)行,并且驅(qū)動(dòng)電路簡單、成本低、性能可靠,在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高,而且可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限控制。這些特點(diǎn)使SRD開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很適合電動(dòng)車輛的各種工況下運(yùn)行,是電動(dòng)車輛中極具有潛力的機(jī)種。SRD的最大缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大,噪聲大。此外,相對永磁電機(jī)而言,功率密度和效率偏低;另一個(gè)缺點(diǎn)是要使用位置傳感器,增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,降低了可靠性。因此無傳感器的SRD也是未來的發(fā)展趨勢之一。

永磁式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)也稱為雙凸極永磁電動(dòng)機(jī),永磁式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)、盤式軸向磁場結(jié)構(gòu)和環(huán)形橫向磁場結(jié)構(gòu)。該電機(jī)在磁阻轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上疊加了永磁轉(zhuǎn)矩,永磁轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機(jī)的功率密度和減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),以利于它在電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用。

轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)同步電機(jī)這一概念一提出就引起國際電工界和各大汽車公司研發(fā)中心的極大關(guān)注。轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)具有磁場控制能力,類似直流電動(dòng)機(jī)的低速助磁控制和高速弱磁控制,符合電動(dòng)車輛牽引電動(dòng)機(jī)低速大力矩和恒功率寬調(diào)速的需求。目前該電機(jī)的研究處于探索階段,電機(jī)的機(jī)理和設(shè)計(jì)理論有待于進(jìn)一步深入研究與完善,作為候選的電動(dòng)車輛牽引電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的潛在的競爭優(yōu)勢。

開關(guān)磁阻性能好，優(yōu)點(diǎn)明顯同時(shí)缺點(diǎn)也非常明顯，相關(guān)知識可參考以下鏈接。 開關(guān)磁阻電機(jī)基本介紹: 開關(guān)磁阻電機(jī)基礎(chǔ)知識 、 百度百科：開關(guān)磁阻電機(jī) 、 開關(guān)磁阻電機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用

在上表中我們可以看出交流異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，過載能力強(qiáng)、成本稍低，缺點(diǎn)是：功率密度相對較低、效率較低。永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：效率高、功率密度高，缺點(diǎn)是：可靠性稍低，過載能力較低，成本較高。 針對這兩類電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)個(gè)人認(rèn)為： 1）交流異步電機(jī)比較適合用在大巴車、物流車等對安裝布置空間不敏感，要求過載能力強(qiáng)的車型上。 2）永磁同步電機(jī)比較適合用在乘用車上，乘用車對安裝布置空間要求高，一般不會(huì)產(chǎn)生過載。

如上表所示感應(yīng)電機(jī)的損耗主要包括：轉(zhuǎn)子銅損、雜散損耗、定子銅損（磁通電流）、定子銅損（轉(zhuǎn)矩電流）、摩擦和風(fēng)阻損耗、定子鐵損這幾部分組成。相同功率的永磁電機(jī)相比感應(yīng)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)子銅損和定子銅損（磁通電流）因此永磁電機(jī)相比感應(yīng)電機(jī)效率更高。

交流異步電機(jī)只使用鐵和銅材料組成不使用永磁材料， 永磁材料 溫度特性差(一般80℃經(jīng)過特殊處理的能夠達(dá)到200℃)，且易于粉化腐蝕，必須通過調(diào)整其化學(xué)成分和采取表面處理方法使之得以改進(jìn)，才能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。相比交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)在耐溫性能差和高轉(zhuǎn)速下永磁容易產(chǎn)生機(jī)械損傷，因此永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)可靠性要差。 同時(shí)由于永磁同步電機(jī)磁場是由永磁體產(chǎn)生如不采取弱磁控制磁場強(qiáng)度是“恒定的”如果電機(jī)處于高轉(zhuǎn)速下，電機(jī)的反電動(dòng)勢很可能會(huì)超過控制器的最高輸出電壓造成控制器損壞。因此在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)會(huì)進(jìn)行弱磁控制降低反電動(dòng)勢，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。