电动汽车永磁同步电动机弱磁调速研究毕业设计 - 图文

到“十五”末期我国在电动汽车的三大领域(电池、电机、电控系统)等方面取得了一定突破；己经具备了自主开发电机产品的基本能力，开发出包括交流感应、开关磁阻、直流无刷、永磁磁阻同步等各种类型电机，虽然在电机系统研究上取得了相应的进展，在整车控制器方面也积累了一定的经验，但控制系统的结构和功能还有待于进一步的调整和完善。主要有:高性能动力电池系统的开发;高性能调速系统(包括多种电动机系统及内燃机系统)研制；整车性能优化及集成管理单元的开发等。

电动汽车面临的主要问题有：续驶里程有限，蓄电池使用寿命太短，蓄电池尺寸和质量的制约，电动汽车价格昂贵，间接污染严重等。其中关键问题是一次充电续行里程和价格，目前在车载蓄电池技术未能突破的条件下，电动汽车调速系统是实现电动汽车基本性能和解决这一关键问题的重要因素。这要求电动汽车调速系统应具有尽可能高的转矩密度、良好的转矩控制能力、高的运行可靠性及在整个电动汽车调速范围内具有尽可能高的效率。电动汽车这一驱动功能的实现涉及电机、电力电子、微处理器、蓄电池等多学科技术领域，是赶超世界汽车行业先进水平的关键。因此，对电动汽车调速系统的研究开发具有重要的社会意义和工程实际意义。

目前，国内外电动汽车用电机系统涵盖了交流感应、永磁电机、开关磁阻等各种类型。其中永磁电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、低噪声的特点，通过合理设计磁路结构能够获得较高的弱磁性能，在电动汽车特别是高档电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，作为电动汽车用永磁电机调速系统，可实现机电一体化和集成化，具有系统结构简单、操作方便、可实现制动能量回收、系统响应时间短、转矩控制准确等优点，改善了车辆的性能。因此，开发与电动汽车整机配套的永磁电机调速系统具有现实可行的意义。

此外，我国在稀土永磁材料领域具有得天独厚的资源优势。开发出一系列机电一体化—集驱动、制动、测速、转向为一体的高度集成化的驱动模块，具有自主知识产权的高性能车用永磁电机系统，可以加快我国电动汽车的产业化进程。

5 1.2电动汽车的发展现状及趋势

1.2.1 国内外主要国家电动汽车发展概况

一直以来 ，出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来世界汽车市场的考虑 ，日本十分重视电动汽车的研制与开发。从目前世界范围内的整个形势来看 ，日本是电动汽车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在混合动力汽车的产品发展方面，日本居世界领先地位。目前，世界上能够批量产销混合动力汽车的企业 ，只有日本的丰田和本田两家汽车公司。1997年12月，丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。该轿车于2000年7月开始出口北美，同年9月开始出口欧洲 ，到2005年已经在全世界2 0 多个国家上市销售。目前推出的产品已经是多次改进后的第二代产品，其生产工艺更为成熟。根据丰田汽车公司的测试 ，PRIUS 轿车在城市工况下比同等排量的花冠轿车节油44.4%；在市郊节油29.7％，综合节油40.5％。有关统计数据显示 ，丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场9 0％的份额。2004年9月15日，一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式 ，宣布双方在2005年内，共同生产丰田PRIUS混合动力轿车。PRIUS混合动力轿车将在同年进入中国市场。

继PRIUS混合动力轿车之后 ，丰田汽车公司还推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。丰田汽车公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界的前列。此外，本田汽车公司开发的Insight混合动力电动汽车也已投放市场，供不应求。2002年4 月，本田汽车公司在美国市场上投放了Civic混合动力汽车。日产汽车公司于2006年向美国市场销售Ahima牌混合动力汽车，这是其于2002年与丰田汽车公司签署联合生产混合动力汽车协议的第一个产品。

美国的汽车公司在电动汽车产业化方面比来自日本的同行逊色不少，三大汽车公司仅仅小批量生产、销售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，来自日本的混和动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。

美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力电动汽车开发合

6 同 ，其中通用汽车公司投入1.48亿美元 ，福特汽车公司投入1.38亿美元 ，克莱斯勒汽车公司投入8480万美元 ，进行为期5年的研制开发工作 ，并于1998年北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出三款混合动力概念车GM Precept、Ford Prodigy、Daimler Chrysler Dodge ESX3 。2004年12月14日，通用汽车公司与戴姆勒—克莱斯勒汽车公司对外宣布，双方将在开发混合动力电动汽车的技术领域携手，共同推进此项技术的发展。

与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着。“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项” ，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。为此，从2001年10月起，国家共计拨款8.8亿元作为这一重大科技专项的经费。

我国电动汽车重大科技专项实施4 年来 ，经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展。燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车累计运行4000 k m，燃料电池客车累计运行8000k m；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过14万k m；纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。

燃料电池汽车。均采用电—电混合驱动方案 ，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004年5月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的燃料电池轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展出，引起了世界的惊赞。在10月举行的必比登世界清洁汽车挑战赛上，我国自主研发的燃料电池轿车在7个单项奖中获得5个A ( 在高速蛇行障碍赛、噪音、排放、能耗、温室气体减排5个单项指标方面的最高等级)的好成绩，燃料电池城市客车也以较高的技术性能和可靠性在挑战赛中取得了良好的成绩。

混合动力汽车。一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司对此都投入了较大的人力、物力。各车型均已完成功能样车开发。2003 年11月8日，湖北省启动武汉电动汽车试验示范运行工作，先后投入6辆由东风电动车辆股份有限公司研制的混合动力客车，已累计运行14万k m，载客15万人次 ；混合动力轿车按

7 ECE城市工况与基本车型进行的对比试验显示，其燃料经济性提高40％左 右 ，达到了节油的目的。长安汽车公司采用同轴ISG轻度混合方案，成功开发了第二轮功能样车和第三轮性能样车，并在国内率先开展了混合动力专用发动机开发。经过国家检测机构测试，动力性能接近参考车的水平，综合油耗降低接近17％，排放达到欧Ⅲ标准。

纯电动汽车。目前纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验，各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。天津清源电动车辆有限公司等单位研发的纯电动轿车，其整车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已超过法国雪铁龙公司赠送的纯电动轿车和箱式货车，初步形成了关键技术的研发能力。北京理工大学等单位初步完成了北京理工科凌电动车辆股份有限公司密云电动车辆产业化生产基地的建设 ，并于2003年12月30日顺利通过北京市公共交通总公司组织的示范运行车组验收。小批量研发生产的4种车型 、近40辆公交车即将投入北京市奥运电动示范车队的示范运行。

1.2.2 电动汽车的发展趋势

1) 纯蓄电池驱动的超微型汽车

这种汽车降低了汽车的动力性和续驶里程的要求 ，充电过程比较简单 ，车速不高 ，较适合于市内或社区小范围内使用。由于多数采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进入小批量试生产阶段。比如，日本的Hypermini采用了高性能锂离子电池，最高时速为90km，一 次充电可行驶115km，是一款适合未来城市道路行驶的家庭轿车。 2) 驱动电机呈多样性发展

美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制器技术较复杂；日本多采用永磁无刷直流电机，优点是效率高，起动扭矩较大，质量较小，但成本较高，且有高温退磁、抗振性、较差等不足；德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠，成本较低，缺点是质量较大，易于产生噪声。目前我国也研制成了稀土永磁无刷直流电机和开关磁阻电机 。电动机的使用尚无定论 ，有待今后在使用中考验。 3) 混合动力汽车

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