電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

溫傳新，王培欣，花 為

(1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210032；2.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210018)

0 引 言

第二次工業(yè)革命中發(fā)明的燃油汽車，加快了社會(huì)中人員、物資、信息等的流動(dòng)，提高效率，節(jié)約時(shí)間，促進(jìn)社會(huì)的快速發(fā)展，具有里程碑式意義。汽車帶給人類便利的同時(shí)，消耗了大量的不可再生自然能源，汽車尾氣的排放又加劇環(huán)境污染。所以在全球倡導(dǎo)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的浪潮中，大力發(fā)展和推廣應(yīng)用電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車，對(duì)減緩環(huán)境污染，節(jié)約自然能源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。

目前，為保證能源安全、治理汽車尾氣污染、保護(hù)環(huán)境，全球各國政府都在積極參與新能源汽車的發(fā)展，并出臺(tái)相關(guān)的政策與法規(guī)，鼓勵(lì)新能源汽車的研究與大規(guī)模應(yīng)用。英國、法國、美國加州等國家和地區(qū)相繼公布了停售傳統(tǒng)燃油汽車的時(shí)間，在國際社會(huì)大力發(fā)展新能源汽車的背景下，我國將于2035年全面禁止發(fā)售燃油汽車。也就是說，至二十一世紀(jì)中葉，燃油汽車將在全球大部分國家停止銷售，汽車產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入新能源汽車時(shí)代。迄今為止，全球汽車制造商已經(jīng)推出了多種民用電動(dòng)汽車產(chǎn)品，其中專注于電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)的代表有美國特斯拉(Tesla)、中國蔚來(NIO)以及正在研發(fā)中的法拉第未來(Faraday Future)，而傳統(tǒng)汽車制造商也相繼向電動(dòng)汽車方向轉(zhuǎn)型，代表有國產(chǎn)比亞迪(BYD)、日本豐田(TOYOTA)、德國寶馬(BMW)等。所以，電動(dòng)汽車將會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)代。

電動(dòng)汽車是集機(jī)車技術(shù)、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、電機(jī)及計(jì)算機(jī)技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)以及能源與新材料技術(shù)于一體的高新技術(shù)、高度集成的工業(yè)化產(chǎn)品，具有無污染、低噪聲、效率高等特點(diǎn)[2]。本文通過查閱近年來電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)有關(guān)文獻(xiàn)，從電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)技術(shù)等角度總結(jié)了電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在的問題和解決策略，并對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 電動(dòng)汽車的發(fā)展

事實(shí)上，世界上第一輛電動(dòng)車的發(fā)明于1834年，比世界上第一輛燃油汽車的發(fā)明(1886年)早半個(gè)世紀(jì)。早期的電動(dòng)汽車采用干電池作為電源，直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其實(shí)用性不高。隨著可充放電的二次電池的發(fā)明，電動(dòng)汽車的實(shí)用性得到大大提高，并成為19世紀(jì)下半葉重要的交通運(yùn)輸產(chǎn)品。

圖1 十八世紀(jì)的電動(dòng)汽車

但是，當(dāng)時(shí)由于交流電機(jī)尚未出現(xiàn)，電池技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)加工技術(shù)、控制調(diào)速理論等技術(shù)的落后與不完備，限制了電動(dòng)汽車的發(fā)展。此外，隨著石油的大量開采以及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，燃油汽車以壓倒性優(yōu)勢強(qiáng)勢崛起，成為近現(xiàn)代主要的交通工具。

二十世紀(jì)后半葉，隨著交流電機(jī)的出現(xiàn)以及電機(jī)理論的完善，功率電子器件與整流逆變技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)控制理論與交流調(diào)速技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)比如續(xù)航里程低、速度低等得到改善，電動(dòng)汽車重新進(jìn)入大眾的視野。特別是二十一世紀(jì)以來，隨著全球環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，電動(dòng)汽車技術(shù)得到廣泛的關(guān)注，電動(dòng)汽車技術(shù)不斷完備，在全球汽車領(lǐng)域所占的份額越來越大。

2 電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車中，“電池、電機(jī)、電控”是其三大關(guān)鍵技術(shù)，其中電池技術(shù)相對(duì)獨(dú)立，電機(jī)與電控結(jié)合比較緊密[2]。電動(dòng)汽車電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)(簡稱電驅(qū)系統(tǒng))的技術(shù)水平直接影響著電動(dòng)汽車的整車性能，是衡量電動(dòng)汽車質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。就電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)而言，現(xiàn)有的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方式主要有集中式驅(qū)動(dòng)和分布式驅(qū)動(dòng)兩種。

2.1 集中式驅(qū)動(dòng)

電動(dòng)汽車集中式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是采用高功率密度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)取代傳統(tǒng)汽車的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)保留大部分傳統(tǒng)汽車原有的整套機(jī)械傳動(dòng)、制動(dòng)系統(tǒng)。集中式電驅(qū)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)如圖2所示。該類集中式電驅(qū)系統(tǒng)在動(dòng)力結(jié)構(gòu)上繼承了傳統(tǒng)汽車的變速箱、差速器以及傳動(dòng)軸等機(jī)械部件，對(duì)整車動(dòng)力系統(tǒng)布局改動(dòng)較少，控制技術(shù)相對(duì)成熟，是現(xiàn)階段電動(dòng)汽車的主流驅(qū)動(dòng)模式。集中式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為傳統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)[3-5]，比如豐田普銳斯[6-7]所采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子為V型內(nèi)置式永磁體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖2 集中式電驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 豐田電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)

2.2 分布式驅(qū)動(dòng)

電動(dòng)汽車分布式電驅(qū)系統(tǒng)的顯著結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接安裝在車輪側(cè)，并將驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、制動(dòng)裝置都整合在一起，省去了離合器、變速器、差速器等機(jī)械傳動(dòng)總成，能顯著減小車輛簧載質(zhì)量、縮短機(jī)械傳遞鏈和提高傳動(dòng)效率，同時(shí)大大簡化電動(dòng)汽車底盤結(jié)構(gòu)[8-9]。分布式電驅(qū)系統(tǒng)又分為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)與輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂內(nèi)，使電動(dòng)車輛的機(jī)械部分大大簡化[10]。而輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝在車輪內(nèi)側(cè)通過傳動(dòng)軸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)該車輪，而不是集成在車輪內(nèi)。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用外轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖4)，輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用與集中式驅(qū)動(dòng)相同的內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但其功率要比集中式驅(qū)動(dòng)小得多。分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車可以根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)要求，靈活采用“前輪驅(qū)動(dòng)”、“后輪驅(qū)動(dòng)”以及“四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)”等多種模式，還可以通過左右車輪的不同轉(zhuǎn)速或反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)類似履帶式車輛的差動(dòng)轉(zhuǎn)向，對(duì)于特種車輛具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

圖4 輪轂電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖5 分布式電驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)

3.1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類

電機(jī)是電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，其性能的優(yōu)劣，是衡量電動(dòng)汽車是否具備優(yōu)良動(dòng)力性能的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)電動(dòng)汽車駕駛性能包括加速性能、最大車速、爬坡能力等的要求，以及車輛性能(車重、載重等)和車載能源系統(tǒng)的約束，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)與工業(yè)電動(dòng)機(jī)有明顯區(qū)別，通常要求電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較高的過載能力以滿足短時(shí)間加速和爬坡需求；高效率和高功率密度以降低車重，延長續(xù)航里程；可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高和動(dòng)態(tài)性能好以滿足汽車的協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前電動(dòng)汽車采用的驅(qū)動(dòng)電有直流電動(dòng)機(jī)、PM無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)等[16]，如圖6所示。電動(dòng)汽車電機(jī)及其應(yīng)用車型如表1所示。

表1 電動(dòng)汽車用電機(jī)分類

直流電動(dòng)機(jī)控制簡單，通常采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，早期的電動(dòng)汽車普遍采用此類電動(dòng)機(jī)。但是直流電動(dòng)機(jī)可靠性低、設(shè)備維護(hù)困難，隨著交流電機(jī)的開發(fā)和調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)逐漸被性能更加優(yōu)越的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)取代。

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子皆有普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠、起動(dòng)性能好(無過大的沖擊電流)、同時(shí)具備交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)[11-13]。但是開關(guān)磁阻電機(jī)磁極端部有比較嚴(yán)重的磁飽和以及磁極和溝槽的邊緣效應(yīng)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大且經(jīng)常引起噪聲問題。

圖6 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)

交流感應(yīng)電機(jī)主要有三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：實(shí)心轉(zhuǎn)子、繞線轉(zhuǎn)子和鼠籠(一般為銅或鋁)轉(zhuǎn)子。實(shí)心轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)主要應(yīng)用于起重設(shè)備等場合，機(jī)械特性并不適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)成本相對(duì)較高、維護(hù)量大、缺乏堅(jiān)固性，所以也不適用于電動(dòng)汽車。鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)(主要指銅籠)憑借其成本低、堅(jiān)固可靠、效率相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)成為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一種選擇[12]。比如，Tesla前置驅(qū)動(dòng)電機(jī)就是采用的銅心鼠籠感應(yīng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 銅心鼠籠轉(zhuǎn)子

永磁同步電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，具有高功率密度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、電流小、調(diào)速性能好和效率高等優(yōu)點(diǎn)[14-15]。對(duì)于降低家用汽車量(輕量化)，提高車輛續(xù)航里程來講，永磁同步電機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率具有很大的優(yōu)勢，如今已成為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流選擇。然而，永磁同步電機(jī)成本較高，高溫下永磁體存在退磁風(fēng)險(xiǎn)。

目前，常用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能如表2所示。

3.2 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)

3.2.1 永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)具有高功率密度、效率高等優(yōu)點(diǎn)，有助于降低電動(dòng)汽車整車質(zhì)量，提高續(xù)航里程、增加汽車內(nèi)部空間等，是目前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究熱點(diǎn)。典型的永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)包括表貼式、插入式、徑向內(nèi)嵌式和切向內(nèi)嵌式四種[17]，如圖8所示。但電動(dòng)汽車特殊的運(yùn)行環(huán)境和條件，要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)即能在低速運(yùn)行時(shí)有較大轉(zhuǎn)矩輸出，高速運(yùn)行時(shí)有較大的輸出功率，表貼式、插入式和切向內(nèi)嵌式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子難以滿足電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，所以電動(dòng)汽車永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)多采用徑向內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)。比如寶馬i3(圖9)、豐田puris等電動(dòng)汽車永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用的是徑向內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)。

圖8 典型轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)結(jié)構(gòu)

圖9 寶馬i3驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)[18]中，作者研究了內(nèi)置式永磁電機(jī)四種不同轉(zhuǎn)子永磁體布置結(jié)構(gòu)對(duì)定子鐵心損耗的影響，發(fā)現(xiàn)通過增加轉(zhuǎn)子永磁體層數(shù)可以降低轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢諧波以減少定子鐵心損耗。通過增加第一層永磁體深度和不同層永磁體之間的距離可以增加承載電樞反應(yīng)磁通的硅鋼材料面積，從而降低永磁體渦流損耗[19]。通過過設(shè)置不同形狀的磁極以及多種形狀刺激的組合，比如△+U型永磁體轉(zhuǎn)子(圖10)，可以降低諧波含量，減小鐵耗，提高電機(jī)效率[19]。

圖10 轉(zhuǎn)子永磁體損耗密度

文獻(xiàn)[20]提出一種新穎的轉(zhuǎn)子永磁型同步電機(jī)(圖11a)，其轉(zhuǎn)子上永磁體具有相同的充磁方向，如圖11所示。該電機(jī)的運(yùn)行原理類似于磁通切換電機(jī)，但是相比于傳統(tǒng)的磁通切換電機(jī)，該電機(jī)具有較小的齒槽轉(zhuǎn)矩、較高的弱磁能力等優(yōu)點(diǎn)[21-23]。文獻(xiàn)[24-27]提出用于電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子電機(jī)(圖11b)，進(jìn)一步拓寬了該類電機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。

圖11 轉(zhuǎn)子永磁型磁通切換電機(jī)

3.2.2 新型永磁電機(jī)

傳統(tǒng)永磁電機(jī)電樞磁場與永磁磁場相互耦合較大，永磁體退磁風(fēng)險(xiǎn)較高；永磁體位于轉(zhuǎn)子側(cè)，高速運(yùn)行需要考慮轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁橋的機(jī)械強(qiáng)度；分布式繞組端部較長，增加銅耗且使電機(jī)軸向長度大，電機(jī)體積較大[28]，一定程度上限制了永磁同步電機(jī)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。而定子永磁型同步電機(jī)因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械強(qiáng)度高，適合高速運(yùn)行；空載感應(yīng)電動(dòng)勢正弦度高，電樞磁場與永磁磁場并聯(lián)，電樞反應(yīng)較?。徊捎眉欣@組，端部長度小，有助于減小電機(jī)體積等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的關(guān)注[29-31]。

定子永磁型同步電機(jī)包括雙突極永磁電機(jī)(DSPM)、磁通反向永磁電機(jī)(FRPM)和磁通切換永磁電機(jī)(FSPM)三種，如圖12所示。不同于傳統(tǒng)永磁電機(jī)永磁體置于轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子散熱能力差，易導(dǎo)致永磁體退磁，定子永磁型同步電機(jī)永磁體和電樞繞組均置于定子側(cè)，易于對(duì)永磁體和繞組進(jìn)行直接冷卻，所以適合于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。除了上述三種基本結(jié)構(gòu)的定子永磁型同步電機(jī)之外，定子電勵(lì)磁以及定子混合勵(lì)磁同步電機(jī)也得到學(xué)者的關(guān)注，并對(duì)其應(yīng)用于電動(dòng)汽車進(jìn)行了探索[32-33]。

圖12 定子永磁型電機(jī)結(jié)構(gòu)

3.3 電動(dòng)汽車控制技術(shù)

電動(dòng)汽車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，所以對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求較高，比如起動(dòng)和爬坡時(shí)要求低速高轉(zhuǎn)矩，巡航要求高速低轉(zhuǎn)矩，車輛超車時(shí)具有瞬時(shí)超負(fù)載能力。傳統(tǒng)的線性控制，如PID，不能滿足高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的苛刻要求。近幾年，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的控制策略，適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制策略的發(fā)展，包括自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。

自適應(yīng)控制包括自調(diào)節(jié)控制和模型參考自適應(yīng)控制，相比于傳統(tǒng)的PID等控制方式，具有無需調(diào)制器、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、非線性控制等優(yōu)點(diǎn)[34-35]。根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型來預(yù)測未來系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并對(duì)每個(gè)預(yù)測狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，選出能使代價(jià)函數(shù)取最小值的控制動(dòng)作作為控制器的下一個(gè)輸出。

變結(jié)構(gòu)控制通過系統(tǒng)提供不敏感的參數(shù)特性，規(guī)定動(dòng)態(tài)誤差并簡化所執(zhí)行的操作。通過一系列的開關(guān)控制原理，系統(tǒng)在預(yù)先設(shè)定的軌道相平面內(nèi)運(yùn)行，而不管系統(tǒng)參數(shù)的變化，具有魯棒性好、可靠性高等特點(diǎn)。

模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)也被引入驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制領(lǐng)域。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種語言過程，它基于人類行為所使用的先前經(jīng)驗(yàn)和試探法則[36]。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略，控制器有可能解釋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，然后自學(xué)并相應(yīng)地進(jìn)行自我調(diào)整。此外，先進(jìn)的控制策略還能結(jié)合其他控制策略形成新的控制模式，比如自適應(yīng)模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊變結(jié)構(gòu)控制等。

4 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)存問題與策略

雖然電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)近年來得到高速的發(fā)展，到目前為止，其驅(qū)動(dòng)技術(shù)依然存在著許多亟待解決的問題。

4.1 永磁體退磁

永磁同步電機(jī)永磁體的熱退磁問題一直是永磁電機(jī)研發(fā)過程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)，因?yàn)槠潋?qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，速度快，電機(jī)發(fā)熱較高，極易引起轉(zhuǎn)子永磁體退磁。

文獻(xiàn)[37]提出除通過對(duì)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的方法來預(yù)防退磁；文獻(xiàn)[38]對(duì)“一”字型“V”字型、雙層永磁體三種不同布置方案的永磁體退磁現(xiàn)象就行了比較，結(jié)果表明雙層永磁體布置結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)具有較高的抗退磁能力；文獻(xiàn)[39]對(duì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出一種優(yōu)化控制策略，該方法通過識(shí)別最佳的弱磁電流來調(diào)整銅損和鐵損，使永磁同步電機(jī)在整個(gè)工作范圍內(nèi)降低損耗。

對(duì)于永磁電機(jī)退磁問題的主要策略有：①考慮永磁體退磁對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步優(yōu)化。②采用抗退磁能力更強(qiáng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體布置結(jié)構(gòu)，提高永磁同步電機(jī)抗退磁能力。③研發(fā)更高性能的新型永磁體材料，提高永磁體抗熱退磁能力。

4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫升問題

由于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜多變，驅(qū)動(dòng)電機(jī)極易出現(xiàn)冷卻和散熱不足導(dǎo)致電機(jī)溫升過高，從而影響整車性能。

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用水冷結(jié)構(gòu)，水冷系統(tǒng)的水路結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)散熱有較大影響，文獻(xiàn)[40]對(duì)比“Z”字型和周向螺旋形水路的散熱能力，結(jié)果表明“Z”字型水路有更強(qiáng)的散熱能力。S.C.Kim[41]等采用在空氣冷卻結(jié)構(gòu)殼體表面開設(shè)冷卻槽的方法，使輪轂電機(jī)散熱面積變大，冷卻效果有所提升。

針對(duì)電動(dòng)汽車溫升的主要解決方案有：①設(shè)計(jì)更加合理的電機(jī)結(jié)構(gòu)，降低電機(jī)熱損耗，從而降低電機(jī)發(fā)熱。②設(shè)計(jì)更加合理的水道結(jié)構(gòu)，增加電機(jī)散熱能力，降低電機(jī)溫度。③采用更加合理的冷卻模式，比如水冷與風(fēng)冷相結(jié)合的方案等。

5 結(jié)語和發(fā)展趨勢

本文敘述了電動(dòng)汽車的發(fā)展、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)與選型以及驅(qū)動(dòng)控制方法，重點(diǎn)分析了電動(dòng)汽車永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的新型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)?？傮w而言，經(jīng)過近年來的研究與技術(shù)發(fā)展，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)基本滿足現(xiàn)今電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的基本技術(shù)指標(biāo)。而且隨著未來電動(dòng)汽車技術(shù)的提升，成本的不斷降低，環(huán)保高效的電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車是大勢所趨，發(fā)展前景廣闊。

但是，電動(dòng)汽車作為一種新興事物，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍有許多問題和關(guān)鍵技術(shù)有待更加深入的研究：

(1)高功率密度、高效率永磁同步電機(jī)技術(shù)。電動(dòng)汽車用高功率密度、高效率永磁同步電機(jī)有助于降低整車質(zhì)量，提高續(xù)航里程，對(duì)于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來講具有重要意義。如何生產(chǎn)更高功率密度、高效率的永磁同步電機(jī)，這不僅僅是電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，更涉及到電機(jī)磁性材料、加工工藝等先進(jìn)技術(shù)，例如開發(fā)更低損耗硅鋼、高性能磁鋼等磁材料以及成型繞組、磁鋼定位封裝等先進(jìn)加工技術(shù)。

(2)集成化、智能化和數(shù)字化。集成化可以有效的降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積，這對(duì)電動(dòng)汽車有限空間來講非常重要。其次，隨著人工智能等技術(shù)的發(fā)展，智能化、數(shù)字化電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，比如無人駕駛，智能控制等。