电动机用电技术现状及发展趋势

电动汽车用电机技术现状及发展趋势

山东科技大学（青岛校区）交通学院车辆工程秦泰266510 Abstract：Motor is the electric vehicle drive system of the core components, its performance is good or bad directly affect performance of electric vehicle drive system, especially the impact of electric vehicle the maximum speed, acceleration performance and climbing performance etc.Therefore, it is very important to study the technical status and developing trend of the motor before the development of electric vehicle. Through the introduction of the general situation of electric motor development in China and abroad, it is the trend of the general trend to use AC drive system for electric vehicle. At present, the electric motor is basically formed in the mainstream, but not a single, but a variety of trends.

Key words: permanent magnet brushless motor, switched reluctance motor, motor theory

摘要：电动机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能的好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能，特别是影响电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡性能等，因此，在开发电动汽车之前研究车用电机的技术现状及发展趋势是至关重要的。通过对国内外电动车用电动机发展概况的介绍,电动车用电机驱动系统选用交流调速传动己是大势所趋。目前,电动车用电机基本上形成主流,但并不单一,而是呈多样化趋势发展。

关键词：永磁无刷电机开关磁阻电动机驱动性能电动机理论

1、直流电动机

1.1特点及优缺点

直流电机驱动系统120 世纪90 年代前的电动汽车几乎全是直流电动机驱动的, 该系统中的电机为有刷直流电机。这种驱动系统具有起步快、加速牵引力大、成本低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟等优点, 但是直流电机本身效率低, 体积大、重量大, 换向器电刷限制了它的转速提高, 其最高转速在6000 -8000r min 之间。

1.2应用情况

直流电动机是电动机的主要类型之一，具有结构简单、技术成熟、控制容易等特点，在早期的电动汽车或希望获得更简单结构的电动汽车中得到应用，特别是场地用电动车和专用电动车上应用更为普遍。

1.3缺点及发展趋势

由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以有必要定期对其进行维护和更换，并且限于转子电枢的结构，直流电动机不适合用于高速旋转的情况等，所以与其他类型的电动机相比，直流电动机一般体积比较大。因此，目前除了在小型汽车中广泛使用外，在其他汽车的使用中，交流电动机正日益取代直流电动机。

2、无刷直流电动机

2.1关键技术

装在电动机轴上的转子位置检测器是无刷直流电机的重要部件。它决定着电枢各相绕组开始通电的时刻。它的作用相当于一般直流电机中的电刷。改变位置检测器产生信号的时刻（相位），相当于直流电机中改变电刷在空间的位置，对无刷直流电机的特性有很大的影响。位置检测器的结构型式很多，它通常包括一组静止的探测元件和一个随电机转子一起转动的位置信号形成器。在由霍耳元件构成的位置检测器中，霍耳元件就是探测元件，而电机转子磁极本身就是位置信号形成器。在其他的结构中，如电磁感应式、光电式、按近开关式中，常利用一个带缺口的圆盘作为位置信号形成器。例如，在光电式中利用这个缺口使光线照射到光电管上产生信号；在电磁感应式中用这个缺口改变开口变压器的磁路，使检测线圈中产生电动势等等。

2.2特点及优点

直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。

优点：

1）可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机；

2）具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；

3）可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；

4）体积小、重量轻、出力大；

5）转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；

6）无级调速，调速范围广，过载能力强；

7）软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；

8)效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗；

9)可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；

10)耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；

11)不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型；

2.3缺点及存在问题

1)造价高，控制器的成本增加至少百元，拿微电机来说。原来的换向器和碳刷的成本要低得多。

2）如果使用的环境实在高磁场的地方或曾经火鹤高磁场很近，电机将失去作用。因为电机本身的转子部件是磁体所作，是经过充磁才有磁性的，经过高磁场将改变转子的磁场或是消掉了部分的磁性，电机将不能正常工作。

3、同步电机

3.1关键技术