电机及控制其技术背景与趋势构想

电机及控制其技术背景与趋势构想一电机及其控制发展情况简介电动汽车的电动机驱动系统接受蓄电池输出的电能，将其转化为机械能，再以电动机的输出轴作为驱动轴，通过传动系统，将动力传送到车轮上，驱动电动汽车行驶。由此可见，电机驱动系统是电动汽车的关键组成部分，它的输出特性决定了电动汽车的动力特性，同时，它的效率对电动汽车效率的影响也非常大。目前，国内外对电动车电机驱动系统的研究都很多，主要集中在新型电动机的应用、电机驱动系统控制策略的改进这两个方面。目前应用在电动汽车驱动系统中的电机既有传统的直流电动机和交流感应电动机，也有新型的开关磁阻电动机和永磁无刷电动机。电动汽车电机驱动系统的选择在选择电动汽车电机驱动系统时，需要考虑的几个关键问题是成本、可靠性、效率、维护、耐用性、重量、尺寸以及噪声等。直流有刷电动机采用斩波器控制，具有优良的电磁转矩控制特性，控制简单、技术成熟，由于存在电刷和换向器，使其高速性能及运行可靠性受到影响。目前直流有刷电机因其技术成熟，成本低廉仍然得到了广大的市场应用；感应电机作为电动汽车驱动电机，成本低，可靠性好，调速范围宽，控制器较成熟，制造技术较成熟，转矩波动小，噪声小，不需要位置传感器但控制复杂，易受电机参数及负载变化的影响；开关磁阻电机作为电动汽车的驱动电机，可靠性好，成本低，简单，高速潜力大，但电机噪声高，转矩脉动严重，在电动汽车驱动应用中有利有弊，目前在电动汽车方面的应用较少。无刷直流电机作为电动汽车的驱动电机，结构紧凑，重量轻，效率高，控制性能好，但是存在转矩脉动与大电流下可靠性不高的问题。二电机及其控制系统发展趋势构想随着国家电动车产业化政策的推进，电动车全面推向市场已经指日可待，仅就电动车用的电机系统而言，因永磁无刷电机、开关磁阻电机等电机本身技术以及电机控制系统的工程发展还需要相对长的时间，因此，在未来短期内，直流有刷电机及其控制系统依然会在电动车市场拥有很大的应用，同时，一些新型的改进型的电动车用直流有刷电机的出现，也将极大地延长有刷电机在电动车市场的使用时间。其他三类电机在电动车的应用中有利有弊，哪一类型电机成为未来市场的主流机型还需伴随着技术的发展与市场的推动来检验。仅从目前的业界共识以及技术积累而言，无刷电机极有可能成为下一代主流电机，但是其在电动车产业中的广泛应用还受制于其控制系统的成熟，目前无刷电机控制系统在产品的可靠性与功能特性上还有一定的不足。突破其技术瓶颈者必将引领电动车用电机及其控制系统的发展潮流。三电机及控制系统机电一体化封装构想电动汽车驱动系统包括机械传动系统和电气系统两个部分。其中，机械传动部分因电机及控制系统布置方式不同而不同。各种布置方式之间最大的区别就在于对传统的机械传动部件保留的多少。越高级的布置方式，对传统燃油汽车的机械传动部件保留得就越少，而且更能发挥电动汽车的优势。不论电动汽车的驱动系统采用哪种布置方式，其电气系统的结构基本上都相同，主要由三个部分组成，如图1所示。图1电机及控制系统的功能模块电机及控制系统如上图所示包含的三个部分，其中电力电子部分以及控制部分在技术实现上可合并为控制系统部分。即电动车电力驱动系统可分为电机系统部分与控制系统部分。电动车与传统汽车相比最大的优势即为机械部件的减少，其机械结构的简单化为电动车设计生产的模块化带来了很大的便利，未来电动车设计与生产的发展趋势必然是模块化与标准化。而电机系统与控制器系统相互独立的开发模式、耗时耗力的调试组合，即使未来实现其相互接口的标准化，也必然会为电动车本身的设计布置以及使用的可靠性、生产的便捷性、研发的持续性带来一定的困难。因此，若能实现电机系统与控制器系统的机电一体化封装设计，通过接口的标准化定义以及用户界面的友好设计，必然可以为电动车的模块化与标准化的设计与生产带来极大的便利。如图2所示电机及控制器系统机电一体化封装模块变速器和车轮图2电机及控制系统机电一体化封装的功能模块