文献综述
一、课题研究的现状及发展趋势
汽车产业是我国国民经济的重要支柱产业,在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。近年来我国汽车产销量均保持平稳增长,目前我国汽车主要以汽油、柴油为燃料,随着汽车产销量的迅速增长,燃油汽车带来的能源紧张问题也更加突出。此外,大量汽油、柴油消耗造成的机动车尾气污染已成为我国大气污染问题的重要原因之一。基于能源结构安全和环境保护压力,发展节能环保的新能源汽车已成为迫切需求。相较于传统燃油汽车,新能源汽车在能源来源、尾气排放等方面具有明显优势。
新能源汽车是非常用燃料做动力驱动的汽车,常可分为混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车等,其中纯电动汽车是新能源车的发展方向。目前市场上电动汽车中的常用电机驱动系统主要有四类[1]:直流电机驱动系统、交流感应电机驱动系统、永磁同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统。
其中,直流电机系统成本低,控制起来很简单,技术也比较成熟,但是直流电机在运行的过程中需要电枢和换向器来进行换向。电刷和换向器使电机过载能力有所下降而且使电机的速度无法进一步提高。除此之外,电刷还需要定期维护,不利于使用,更为重要的是直流电机体积很大,这不符合新能源汽车对于驱动电机的要求。因此,在电动汽车上基本不采用直流电机。
对于交流感应电机驱动系统,虽然三相感应电机耗电量比较大,转子也容易发热,调速性能也较差,但是三相异步电机转子的结构简单,与定子之间没有直接接触的部件,且运行可靠、转速高、成本低,所以,目前市场上的电动汽车中交流异步电机应用比较广泛。
永磁同步电机驱动系统中使用的永磁同步电机又包括正弦永磁同步电机和矩形波无刷直流电机。永磁无刷直流电机的功率密度和调速范围都很广,并且运行比较平稳[2],具有直流电机的外特性但是没有电刷组成的机械接触结构,又因为采用了永磁体转子,所以没有励磁损耗。此外,它的转速并不受机械换向的制约,在采用空气轴承或者磁悬浮轴承的情况下,每分钟的转速可高达几十万转。不过,永磁无刷直流电机在高速运行时比异步电机复杂,就需要检测转子磁极的位置,另外永磁体还存在着退磁的问题,造价也比较高。但是永磁同步电机驱动系统拥有较高的能量密度以及运行效率,所以在电动汽车中的应用前景很好。
开关磁阻电机驱动系统中开关磁阻电机的控制方式和步进电机较为类似,其电机结构简单、可靠性高、成本低、出力大、起动制动性能好、运行效率也高,但是电机的噪声高,转矩脉动严重,非线性严重,用于电动汽车驱动系统有利有弊,就目前来说开关磁阻电机驱动系统应用较少。
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