我國車用電機在全球資源條件下具有明顯的比較優勢，發展潛力較大。從新能源汽車的產業鏈來看，受益端將主要集中在核心零部件領域。國內車用驅動電機行業現狀：電機業中的小行業、但制造門檻高，電機驅動系統還存在較多差距與不足，但國內政策扶持將加快產業步伐。作為新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，圖1，驅動電機及其控制系統未來發展前景可觀。 ? 1驅動電機系統簡介 新能源汽車具有環保、節約、簡單三大優勢。在純電動汽車上體現尤為明顯：以電動機代替燃油機，由電機驅動而無需自動變速箱。相對于自動變速箱，電機結構簡單、技術成熟、運行可靠。 傳統的內燃機能高效產生轉矩時的轉速限制在一個窄的范圍內，這就是為何傳統內燃機汽車需要龐大而復雜的變速機構的原因；而電動機可以在相當寬廣的速度范圍內高效產生轉矩，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低。 與混合動力汽車相比，純電動車使用單一電能源，電控系統大大減少了汽車內部機械傳動系統，結構更簡化，也降低了機械部件摩擦導致的能量損耗及噪音，節省了汽車內部空間、重量。電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。 電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV和純電動汽車EV三大類都要用電動機來驅動車輪行駛，選擇合適的電動機是提高各類電動汽車性價比的重要因素，因此研發或完善能同時滿足車輛行駛過程中的各項性能要求，并具有堅固耐用、造價低、效能高等特點的電動機驅動方式顯得極其重要。 驅動電機系統是新能源車三大核心部件之一。電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電動汽車的整個驅動系統包括電動機驅動系統與其機械傳動機構兩個部分。電機驅動系統主要由電動機、功率轉換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構成，結構如下圖2所示。電動機一般要求具有電動、發電兩項功能，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關磁阻等幾種電動機，如圖3。功率轉換器按所選電機類型，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機驅動電流要求，將蓄電池的直流電轉換為相應電壓等級的直流、交流或脈沖電源。 電機是應用電磁感應原理運行的旋轉電磁機械，用于實現電能向機械能的轉換。運行時從電系統吸收電功率，向機械系統輸出機械功率。電機驅動系統主要由電機、控制器（逆變器）構成，驅動電機和電機控制器所占的成本之比約為1:1，根據設計原理與分類方式的不同，電機的具體構造與成本構成也有所差異。電機的控制系統主要起到調節電機運行狀態，使其滿足整車不同運行要求的目的。針對不同類型的電機，控制系統的原理與方式有很大差別。 圖 2 電動機驅動系統的基本組成框圖圖3 電機的分類（按原理） 2電動汽車對驅動電機的基本要求 比較四種常用電機驅動系統的應用以及優缺點等。 1.電動汽車電機的基本要求有以下幾點： （1）電機結構緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據具體產品進行特殊設計。 （2）重量輕，以減輕車輛的整體重量。應盡量采用鋁合金外殼，同時轉速要高，以減輕整車的質量，增加電機與車體的適配性，擴大車體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。 （3）可靠性高、失效模式可控，以保證乘車者的安全。 （4）提供精確的力矩控制，動態性能較好。 （5）效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉速和轉矩范圍內都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續駛里程。 （6）成本低，以降低車輛生產的整體費用。 （7）調速范圍寬。應包括恒轉矩區和恒功率區，低速運行輸出的恒定轉矩大，以滿足汽車快速啟動、加速、負荷爬坡等要求；高速運行輸出恒定功率，有較大的調速范圍，以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。 （8）瞬時功率大，過載能力強。要保證汽車具有4~5倍的過載能力，以滿足短時內加速行駛與最大爬坡的要求。 （9）環境適應性好。要適應汽車本身行駛的不同區域環境，即使在較惡劣的環境中也能夠正常工作，具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。 （10）制動再生效率高。在汽車減速時，能夠實現反饋制動，將能量回收并反饋回電池，使得電動汽車具有最佳能量利用率。 （11）其他。結構簡單，價格低廉，適合大批量生產，運行時噪聲低，使用維修方便。 （12）與一般工業用電機不同，用于汽車的驅動電機應具有調速范圍寬、起動轉矩大、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、結構簡單、成本低、維護簡單、適合大規模生產等。未來我國電動汽車用驅動電機系統將朝著永磁化、數字化和集成化方向發展。 2、異步電動機（感應電動機）在新能源汽車中的應用 （1）異步電動機介紹 感應電動機又稱“異步電動機”，即轉子置于旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而轉子轉動。 轉子是可轉動的導體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動機中不轉動的部分，主要任務是產生一個旋轉磁場。旋轉磁場并不是用機械方法來實現。而是以交流電通于數對電磁鐵中，使其磁極性質循環改變，故相當于一個旋轉的磁場。這種電動機并不像直流電動機有電刷或集電環，依據所用交流電的種類有單相電動機和三相電動機。 （2）異步電動機的特點 異步電動機有下面的優點：結構緊湊、堅固耐用；運行可靠、維護方便；價格低廉，體積小、質量輕；環境適應性好；轉矩脈動低，噪聲低。交流異步電動機成本低而且可靠性高，逆變器即便損壞而產生短路時也不會產生反電動勢，所以不會出現急剎車的可能性。因此，廣泛應用于大型高速的電動汽車中。三相籠型異步電動機的功率容量覆蓋面很廣，從零點幾瓦到幾千瓦。它可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高、對環境的適應性好，并且能夠實現再生制動。與同樣功率的直流電動機相比較，效率較高、重量約要輕一半左右。 同時它有下面的缺點：功率因數低，運行時必須從電網吸收無功電流來建立磁場；控制復雜，易受電機參數及負載變化的影響；轉子不易散熱；調速性能差，調速范圍窄。 優勢分析：新能源汽車專用的電動機，通過從電池中獲取有限的能量產生動作，所以要求其在各種環境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工業用的電動機更加嚴格。適合作為電動汽車專用的電機需要滿足幾個特性：由高速化而生的小型輕量化（堅固性）、高效性（一次充電后的續駛里程長）、低速大轉矩情況下的大范圍內的恒定輸出特性、壽命長以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。 但是現實中全部滿足以上幾個特性的電機還未被開發出來。目前更適于新能源汽車的電機是交流異步電機和PM電動機。 （3）異步電動機的控制系統 由于交流三相感應電機不能直接使用直流電，因此需要逆變裝置進行轉換控制。新能源汽車減速或制動時，電機處在發電制動狀態，給蓄電池充電，實現機械能轉換為電能。在新能源汽車上，由功率半導體器件構成的 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節的交流電。三相異步電動機逆變器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、轉差率控制法、矢量控制法和直接轉矩控制法（DTC）。20世紀90年代以前主要使用前兩種控制方式，但是因轉速控制范圍小，轉矩特性不理想，而對于需頻繁起動、加減速的電動車并不適合。現在，后兩種控制方式目前處于主流的地位。 （4）異步電動機的應用現狀 在美國，異步電動機應用的較多，這也被人為是和路況有關。在美國，高速公路已經具有一定的規模，除了大城市外，汽車一般以一定的高速持續行駛，所以能夠實現高速運轉而且在高速時有較高效率的異步電動機得到廣泛應用。在我國，隨著高速公路規模的發展，交流異步電動機在新能源汽車上的應用也會越來越重要。 3、永磁無刷電動機在新能源汽車中的應用 隨著近些年來電力電子技術、微電子技術、微型計算機技術、稀土永磁材料、傳感器技術與電機控制理論的快速發展，使得交流驅動技術逐漸成熟。相比于現有串勵或者并勵有刷直流電機驅動系統，永磁無刷電機擁有功率密度大、體積小、效率高、結構簡單牢固、易于維護等優點，且采用永磁無刷電機作為驅動元件的電動汽車驅動系統運行和維護成本較低 ；采用全數字化和模塊化結構設計，使得驅動器接口靈活，控制能力更強，操作更加舒適；應用能量回饋制動技術，可以減少剎車片的磨損，同時又增加汽車續駛里程。 因此，基于電動汽車市場發展需要和技術現狀，設計開發可靠、低成本、性能優良的全數字化電動汽車永磁無刷電機驅動系統，對于電動汽車產業的發展有著重要的現實意義。 （1）永磁同步電動機簡介 在電機內建立進行機電能量轉換所必需的氣隙磁場有兩種方法。一種是在電機繞組內通電流產生磁場，這種方法既需要有專門的繞組和相應的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動，例如普通的直流電機和同步電機。另一種是由永磁體來產生磁場，這種方法既可簡化電機結構，又可節約能量。由永磁體產生磁場的電機就是永磁電機。 它利用永磁體建立勵磁磁場的同步電動機，其定子產生旋轉磁場，轉子用永磁材料制成。同步發電機為了實現能量的轉換，需要有一個直流磁場而產生這個磁場的直流電流，稱為發電機的勵磁電流。根據勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發電機，稱為他勵發電機，從發電機本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發電機。 （2）永磁同步電動機的特點 永磁同步電動機有以下優點：功率因數大，效率高，功率密度大；結構簡單、便于維護，使用壽命較長、可靠性高；調速性能好，精度高；具有良好的瞬時特性，轉動慣量低， 響應速度快；頻率高，輸出轉矩大，極限轉速和制動性能優于其他類型的電機；采用電子功率器件作為換向裝置，驅動靈活，可控性強；形狀和尺寸靈活多樣，便于進行外形設計；采用稀土永磁材料后電機的體積小、質量輕。 但是永磁同步電動機也有以下缺點：電機造價較高；在恒功率模式下，操縱較為復雜，控制系統成本較高；弱磁能力差，調速范圍有限；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；低速時額定電流較大，損耗大，效率較低；永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發生退磁現象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發生過載。永磁材料磁場不可變，要想增大電機的功率，其體積會很大；抗腐蝕性差；不易裝配。 （3）永磁電機作為驅動電機的優越性 ①轉矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機氣隙磁密度可大大提高，電機指標可實現最佳設計，使得電機體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機體積、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅動電機起動轉矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉矩，滿足汽車的運行需求。 ②力能指標好。Y系列電機在60%的負荷下工作時,效率下降15% ,功率因數下降 30%，力能指標下降 40%。而永磁電機的效率和功率因數下降甚微,當電機只有 20%負荷時,其力能指標仍為滿負荷的 80%以上。同時永磁無刷同步電機的恒轉矩區比較長,一直延伸到電機最高轉速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。 ③高效節能。在轉子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作時轉子與定子磁場同步運行,轉子繞組無感生電流,不存在轉子電阻和磁滯損耗,提高了電機效率。永磁電機不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數。如在25%-120%額定負載范圍內永磁同步電機均可保持較高的效率和功率因素。 ④結構簡單、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結構上大大簡化，改善了電機的工藝性,而且電機運行的機械可靠性大為增強,壽命增加。轉子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機溫升低,這樣也可以使整車冷卻系統的負荷降低,進一步提高整車運行的效率。 （4）永磁同步電機的控制系統