永磁同步電動(dòng)機(jī)在純電動(dòng)汽車上的應(yīng)用研究

摘要：介紹了純電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的基本要求，結(jié)合傳統(tǒng)直流串激電動(dòng)機(jī)的工作特性，說明了永磁同步電動(dòng)機(jī)工作特性的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了相關(guān)分析，為永磁同步電動(dòng)機(jī)在純電動(dòng)汽車上的應(yīng)用提供了一定的依據(jù)。

Abstract： This paper introduces the basic requirements for electric motor performance of pure electric vehicles， combines the working characteristics of traditional DC series motors， illustrates the advantages of working characteristics of permanent magnet synchronous motors， and relates the energy saving potential and economic benefits of permanent magnet synchronous motors. The analysis provides a certain basis for the application of permanent magnet synchronous motors in pure electric vehicles.

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;永磁電機(jī);節(jié)能;經(jīng)濟(jì)效益

Key words： pure electric vehicles;permanent magnet motor;energy saving;economic benefits

0 ?引言

隨著不可再生能源的日漸枯竭，加之煤炭、石油等能源給環(huán)境造成的污染與破壞，能源危機(jī)與節(jié)能環(huán)保問題越來越引起人們的關(guān)注。汽車是現(xiàn)代文明的產(chǎn)物，給人們的出行帶來了極大的便利，但汽車尾氣恰恰是霧霾形成的重要因素，對(duì)環(huán)境造成了很大污染，故開發(fā)新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車已成大勢所趨。歐美及日本等發(fā)達(dá)國家率先投巨資開發(fā)純電動(dòng)汽車，尤其是日本開發(fā)的Prius及nsight電動(dòng)車取得了不錯(cuò)的成績，一經(jīng)銷售就得到了廣大消費(fèi)者的認(rèn)可。純電動(dòng)汽車是一種機(jī)電一體化設(shè)備，集成了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感檢測技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)。作為純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)核心，電動(dòng)機(jī)性能好壞直接影響著整車的質(zhì)量優(yōu)劣，故對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)選用基本原則的分析、性能參數(shù)整定計(jì)算方法的確定，以及永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的原理分析與應(yīng)用前景展望顯得尤為重要。

1 ?純電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)性能要求及性能參數(shù)選用原則

電動(dòng)機(jī)作為純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)核心，在整個(gè)純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中尤為重要。故要求能夠滿足頻繁啟停、頻繁加減速以及在低速或爬坡階段有較大扭矩的輸出，在高速行駛時(shí)有較低的扭矩輸出等，且需具有較大的變速范圍。其主要性能參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)類型、效率、尺寸及機(jī)械特性等。

①高電壓。在不超過允許范圍情況下，采用高電壓輸電，可以減小電流傳輸過程中的損耗，提高效率，更重要的是可以縮小逆變器的尺寸，使電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置更加靈活。

②質(zhì)量輕。電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用鋁合金外殼，以減輕整車的質(zhì)量，使車可以更加便捷的高速行駛，提高整車變速范圍。

③效率高。電動(dòng)汽車應(yīng)具備最大的能量利用率，盡可能的提高續(xù)駛里程，并且要具有能量回收再利用功能，回收能量至少占總能量的10～20%。這是燃油車所不具備的。

2 ?永磁同步電動(dòng)機(jī)與直流串激電動(dòng)機(jī)的性能比較

2.1 安全性

直流牽引電機(jī)制動(dòng)過程中依靠的是機(jī)械摩擦制動(dòng)，制動(dòng)距離長、時(shí)間長;而永磁同步電機(jī)制動(dòng)過程依靠的是電氣制動(dòng)，制動(dòng)迅速，反應(yīng)時(shí)間短，相同條件下，短距離、短時(shí)間內(nèi)迅速完成制動(dòng)，安全性更高。

2.2 可靠性

直流牽引電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線圈容易發(fā)熱燒損，可靠性低，故障率比較高;永磁同步電機(jī)線圈采用稀土材料及硅鋼片等組成，線圈不易發(fā)熱燒損，使用故障率要明顯低于直流牽引電機(jī)，故可靠性高。

2.3 調(diào)速性能

直流牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速易受負(fù)載影響，下坡輕載運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生飛車事故;而永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為無極調(diào)速，調(diào)速過程均勻平穩(wěn)，并可限制電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，故在下坡輕載運(yùn)行時(shí)也不會(huì)發(fā)生飛車事故。

通過以上比較可以看出，永磁同步電機(jī)較一般傳統(tǒng)異步電機(jī)具有更優(yōu)越的性能參數(shù)。

3 ?永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能潛力與經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查，工業(yè)領(lǐng)域的電動(dòng)機(jī)年平均運(yùn)行時(shí)間大約在3000h，而在一些石油、化工、冶金等行業(yè)，電動(dòng)機(jī)的年平均運(yùn)行時(shí)間超過6000h，采用一般傳統(tǒng)異步電機(jī)會(huì)對(duì)電能造成很大的消耗，而采用高效的永磁同步電機(jī)會(huì)對(duì)能源的節(jié)約帶來顯著的效果。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國家在2006年和2007年的電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)量達(dá)到了2.5億kW，中小型電機(jī)的年耗電量約占總發(fā)電量的50%，再加上一些行業(yè)大型電機(jī)的耗電量，這個(gè)比值約可以達(dá)到60%，是電力部門絕對(duì)的大客戶，如果電機(jī)的平均效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年就可為國家節(jié)省1833萬kW的電能，大約可節(jié)省1100萬元左右，同時(shí)還可減少約663萬kW的碳排量。故采用高效的永磁同步電機(jī)作為以后工業(yè)等領(lǐng)域的動(dòng)力源從整個(gè)國家政策的導(dǎo)向及市場的需求上看都是一般傳統(tǒng)異步電機(jī)無法比擬的。

4 ?結(jié)論

本文通過介紹純電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的一般要求及電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)選用的基本原則，提出了永磁同步電機(jī)主要參數(shù)整定計(jì)算方法，確保了其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，通過分析永磁同步電機(jī)相比一般傳統(tǒng)異步電機(jī)的優(yōu)勢及節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)效益，永磁同步電機(jī)在純電動(dòng)汽車上有更好的應(yīng)用前景。

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作者簡介：拜穎乾（1984-），男，陜西渭南人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)榱黧w傳動(dòng)與控制、電動(dòng)機(jī)控制原理及數(shù)字圖像處理技術(shù)等。