驱动电机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能。驱动电机一般有直流电机、交流电机、永磁电机和开关磁阻电机四种。由于直流电机在电动车上的应用较少，主要介绍永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机三种电机及其控制技术。 一.永磁同步电机及其控制技术；永磁同步电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能。它在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。 永磁同步电机分为正弦波驱动电流的永磁同步电机和方波驱动电流的永磁同步电机两种。这里以三相正弦波驱动的永磁同步电机为例，阐述永磁同步电机的结构与特点。
永磁同步电机的结构和传统电机样，它主要由定子和转子两大部分构成。定子与普通异步电机的定子基本相同，由电枢铁心和电枢绕组构成。电枢铁心一般采用0.5mm硅钢冲片叠 压而成，对于具有高效率指标或频率较高的电机，为了减少铁耗，可以考虑使用0.35mm的低损耗冷轧无取向硅钢片。电枢绕组则普遍采用分布短距绕组；对于极数较多的电机，则普遍采用分数槽绕组；需要进一步改善电动势波形时，也可以考虑采用正弦绕组或其他特殊绕组。
转子主要由永磁体、转子铁心和转轴等构成。其中永磁体主要采用铁氧体永磁和钕铁硼永磁材料；转子铁心可根据磁极结构的不同，选用实心钢，或采用钢板、硅钢片冲制后叠压而成。与普通电机相比，永磁同步电机还必须装有转子永磁体位置检测器，用来检测磁极位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电机驱动控制的目的。
根据永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的磁极结构可分为表面式和内置式两种。
(1)表面式转子磁路结构：在表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种，对采用稀土永磁材料的电机来说，因为永磁材料的相对回复磁导率接近，所以表面凸出式转子在电磁性能上属于隐极转子结构；而嵌入式转子的相邻两永磁磁极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电磁性能上属于凸极转子结构。
(2)内置式转子磁路结构：内置式转子磁路结构的永磁体位于转子内部，水磁体外表面与定子铁心内圆之间有铁磁物质制成的极靴。极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，有阻尼或起动作用，动态和稳态性能好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永磁同步电机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电机的过载能力或功率密度，而且易于弱磁扩速。
按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子磁路结构可分为经向式、切向式和混合式三种。
径向式转子结构的永磁同步电机的磁钢或放在磁通轴的非对称位置上，或同时利用径向和切向充磁的磁钢以产生高磁通密度。该结构的优点是漏磁系数小，转轴上不需要采取隔磁措施，极弧系数易于控制。转子冲片机械强度高，安装永磁体后转子不易变形等。
切向式转子结构的转子有较大的惯性，漏磁系数较大，制造工艺和成本较径向式有所增加。其优点是一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通。尤其当电机极数较多、径向式结构不能提供足够的每极磁通时，这种结构的优势就显得更为突出。此外，采用该结构的永磁同步电机的磁阻转矩可占到总电磁转矩的40％，对提高电机
的功率密度和扩展恒功率运行范围都是很有利的。
混合式转子结构集中了径向式转子结构和切向式转子结构的优点，但结构和制造工艺都比较复杂，制造成本也比较高。
永磁同步电机的特点：永磁同步电机与其他电机相比，具有以下优点：
（1）用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圏、集电环和电刷，以电子换相实现无刷运行，结构简单，运行可靠。
（2）永磁同步电机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电机的转速。
（3）水磁同步电机具有较硬的机械特性，对于因负载变化而引起的电机转矩的扰动具有较强的承受能力，瞬间最大转矩可以达到额定转矩的3倍以上，适合在负载转矩变化较大的工况下运行，适合电动汽车的启动加速。
（4）永磁同步电机转子为水久磁铁，无须励磁，因此电机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽。
（5）永磁同步电机与异步电机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜耗小，效率高。
（6）体积小、质量小。近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电机的功率密度得到很大提高，与同容量的异步电机相比，体积和质量都有较大的减小，适合电动汽车空间有限的特点。
（7）结构多样化，应用范围广。永磁同步电机由于转子结构的多样化，产生了特点和性能各异的许多品种，从工业到农业，从民用到国防，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不在。
永磁同步电机还存在以下缺点
（1）由于永磁同步电机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电机的铜耗。
（2）永磁同步电机的磁钢价格较高。
永磁电机体积小、质量小、转动惯量小、功率密度高，适合电动汽车空间有限的特点需要。另外它过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合电动汽车的起动加速。因此永磁同步电机得到国内外电动汽车界的广泛重视，并得到了普遍应用。
永磁同步电机的工作原理与运行特性
1.电枢反应：永磁同步电机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用。因此，气隙磁场将影响永磁同步电机的运行特性。
对永磁同步电机进行分析时，需要采用双反应理论，即需要把电枢电流和电枢电动势分解成交轴和直轴两个分量。交轴电枢电流产生交轴电枢电动势，发生交轴电枢反应；直轴电枢电流产生直轴电枢电动势，发生直轴电枢反应。
2.永磁同步电机的运行特性：永磁同步电机的运行特性主要包括机械特性和工作特性
永磁同步电机稳态正常运行时，转速始终保持同步转速不变。因此，其机械特性为平行于
横轴的直线，调节电源频率来调节电机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。
永磁同步电机的工作特性是指当电源电压恒定时，电机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。在正常工作范围内，永磁同步电机的功率因数比较平稳，效率特性也保持较高水平。电机的输入功率和电枢电流近似与输出功率成正比。
永磁同步电机的控制
为了提高永磁同步电机控制系统性能，使其具有更快的响应速度、更高的转速精度及更宽的调速范围，使其动态、静态响应能够与直流电机系统相媲美，人们提出了各种新型控制策略用于永磁同步电机控制。
1.恒压频比开环控制，恒压频比开环控制的控制变量为电机的外部变量(即电压和频率)。控制系统将参考电压和频率输入实现控制策略的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在电机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。按照这种控制策略进行控制，使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例地线性增长，从而保持定子磁通的近似恒定。这种控制策略简单、易于实现，转速通过电源频率进行控制，不存在异步电
机的转差和转差补偿问题。但同时，由于系统中不引入速度、位置等反馈信号，因此无法实时捕捉电机状态，致使无法精确控制电磁转矩、在突加负载或者速度指令时，容易发生失步现象；也没有快速的动态响应特性。
2.失量控制，矢量控制理论的基本思想:以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量:一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量；另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量。分别对其进行控制，获得与直流电机一样良好的动态特性。矢量控制因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。
永磁同步电机矢量控制策略与异歩电机矢量控制策略有些不同。由于永磁同步电机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差值恒等于零，没有转差功率，控制效果受转子参数影响小。因此，在永磁同步电机上更容易实现矢量控制。
3.智能控制，为了提高永磁同步电机的控制性能和控制精度，模糊控制、神经网络控制等开始应用于同步电机的控制。采用智能控制方法的永磁同步电机控制系统，在多环控制结构中，智能控制器处于最外环充当速度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用PI控制、直接转矩控制这些方法。这主要是因为外环是决定系统的根本因素，而内环的主要作
用是改造对象特性以利于外环的控制，各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制或抑制。
在永磁同步电机系统中应用智能控制时，也不能完全摒弃传统的控制方法，必须将两者很好地结合起来，才能彼此取长补短，使系统的性能达到最优。
二.交流异步电机及其控制技术：异步电机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电能转换为机械能的一种交流电机。
异步电机的种类很多，最常见的分类方法是按转子结构和定子绕组相数分类。按照转子结构来分，有笼型异步电机和绕线转子异步电机；按照定子绕组相数来分，有单相异步电机、两相异步电机和三相异步电机。异步电机是各类电机中应用最广、需求量最大的一种电机。在电动汽车中，主要使用笼型异步电机。下面介绍的异步电机就是指三相笼型异步电机。
交流异步电机的结构与特点，交流异步电机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，定子和转子之间存在气隙。此外，还有端盖、轴承、机座和风扇等部件。
(1)定子，交流异步电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构成。定子铁心是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁心一般由0.35～0.5mm厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子铁心槽型有半闭口型槽、半开口型槽和开口型槽三种。定子绕组是电机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。定子绕组由三个在空间互隔120度电角度、对称排列的结构完全相同的绕组连接而成。这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。机座主要用于固定定子铁心与前后端盖，以支撑转子，并起防护、散热等作用。机座通常为铸铁件，大型交流异步电机机座一般用钢板焊成，微型电机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电机内外的空气可直接对流，以利于散热。
(2)转子，交流异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是电机磁路的一部分，并在铁心槽内放置转子绕组。转子铁心所用材料与定子一样，由0.5mm厚的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型交流异步电机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型交流异步电机的转子铁心则借助于转子支架压在转轴上。转子绕组是转子的
电路部分，其作用是切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电机旋转。转子绕组分为笼型转子和绕线式转子两种。转轴用于固定和支撑转子铁心，并输出机械功率。转轴材料一般用中碳钢。
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