现在的电动汽车都用什么类型的电机？
中国的中低档车价格日益下降。2004年6月，奥托和吉利竞相推出极低价位汽车，价格不到3万元/辆。相比之下，电动汽车的成本仍然很高。原因是电动车还处于研发阶段，样车和试运营阶段，根本没有批量，跟流水线生产的燃油车没法比。这是现实的，可以理解的。
同时，目前能演示运行的各种电动车都是在原燃油车底盘和车厢的基础上进行改装，即把发动机、油箱等系统全部去掉，再安装电机、电池等相关配套设备形成电动车，而混合动力则是在原油系统的基础上加上一套电池和电驱动系统，形成油电混合驱动系统。那么，电动汽车的成本主要由电池、充电器、驱动电机、控制器和电源转换设备组成，约占整车成本的50-60%。
目前以纯电动汽车为例，电池有铅酸电池、镍氢电池、锂电池。有的用DC电力驱动DC电机，有的通过逆变器将船上的DC电力转换成交流三相380V供给三相异步电机，采用变频设备调速。
不同类型的电池，不同的存储容量，整体成本差异很大。此外，电动汽车储电能力的提高也使成本翻倍。比如锂电池配汽车，电池成本大概在4万元以上，行驶里程300km以上电池成本在8万元以上。这个研发思路是白天开车，晚上充电。为了让里程不低于燃油车，电池成本高。
电动汽车驱动电机的成本差异很大。如果使用DC有刷电机，车载电源可以直接给电机供电，晶闸管控制器用于斩波调速。目前，电动汽车用DC有刷电机能够满足电动汽车的要求。但由于产量有限，成本高，品种规格少，选择余地小，晶闸管控制器原来是意大利、美国等国外公司做的，现在可以国产化，成本高，关键部件都是国外公司生产控制。
如果使用DC无刷电机，必须与控制器集成，成本较高。通过调节电源的脉宽来调节电机转速，具有体积小、重量轻的优点。电机可以国产化，控制器的关键部件都是国外公司生产的，降低成本的可能性不大。目前这种电机处于研发阶段，和电动车一样，不会量产也是情理之中，成本高。
如果用交流异步电机作为电动车的驱动电机，它的优点是:体积小，重量轻，国产质量不差。因为车载电源是DC，需要通过逆变器转换成交流电。汽车电机的电压在380V左右，功率从几十kw不等。逆变器功率不小，成本也不会低。交流电机采用变频调节，交流异步电机采用变频控制(VVVF)和磁场定向控制(FOC)。变频控制器是国产的，进口的，但是关键部件都是进口的，不可能降低成本。
至于正在研发中的磁阻电机，也需要电子控制器来控制速度，其成本同上。开关磁阻电机采用模糊滑模控制(FSMC)来控制电机和调速。没有这个电子控制装置，马达就不能工作。
电机转速越高，电枢缠绕和切割磁场的速度越快，反电动势越高。反而限制了电流，降低了扭矩，但在低速时可以输出很大的扭矩。所以在路上或者上坡阻力大的时候，扭矩大，所以消耗电流大。换句话说，当电机低速运转时，电流输出不小，但电压降低。
要调节电机的转速，就要改变电压，这是电机调速的理论基础。把车载电源的电压降到电机调速的低电压，在频繁的调速中消耗有限的电源，是一种浪费。
电机的最高效率是在额定转速下，转速越低效率越低。为了提高车载电源的利用率，应该希望电机的效率越高越好。
电动汽车的驱动电机要求起步和爬坡时扭矩大，高速行驶时扭矩小，速度范围大。DC无刷电机、DC永磁无刷电机、交流异步电机和磁阻电机是目前电动汽车驱动电机的主流技术和首选机型。他们有一个无法回避的设备，电子控制设备和微机控制技术，这是构成电动车成本的主要部分和技术障碍之一。目前核心技术都在外国人手里，我们还得买。未来中国的各种电动汽车都会被推到一边，形成产业。或者有一天中国能出口电动汽车，国外的控制器核心技术拥有者会像彩电、DVD一样收取专利费，那就是后话了，但这未必不可能。
要想降低电动车的总成本，只能在电池、充电器、电机、控制器产品上做文章。我们应该用技术创新的思想改变这种状况，发明新的电机驱动、变速机构系统和电池充电方式，走自己独特的道路。
如果电动车电池少，在各种路况下，保证电机正常运转，不损坏电池寿命的前提下，电池驱动的车辆连续充电里程200km左右，行驶2-3小时，然后在快速充电器上补充电源，这就要求电池能以1C或2C - 3C以上的电流充电。另外，电动车要在一个城市、一个区域内行驶，行驶范围内要有公共充电站。在极短的时间内，如10分钟、15分钟，电池组可充电至80%-90%，可跑100 km-150 km。电动车本身配有车载充电器，回家可以在车库慢慢充电。车载电池少，整车质量小，能有效增加载荷，成本低。
电机应该是DC有刷电机，稍微改进后直接驱动，不需要逆变电源，砍掉了这一块成本。电机调速不采用常用的暂波、脉冲调节、频率调节的方法，而是采用调节内燃机油门的原理。将车辆驱动电机的功率分解成几个小功率电机，组成一个组合电机。这种组合中各电机功率相等或不同，在起步、加速、轻载、重载、爬坡时都不一样。即驾驶员根据电动汽车的实际运行情况，调整电机的工作量和总功率，工作电机始终在额定转速下输出转速和扭矩，不进行调速，这样就不再使用电子控制器和调速器。
多电机驱动可以降低整车主电机的电流和额定功率，减少单电机驱动时大电流对车载电池的冲击，这对于使用时间较长的电池和车载电池组中储电很少的电池尤为重要和关键，可以延长电池的使用寿命。
目前在研电动车的部分驱动机构仍然保留了原车中的机械传动和离合器，这主要是由于电机转速控制不理想，所以保留下来。要取消原有的机械变速箱和离合器，采用磁力驱动，实现无级变速。通过调节驱动装置和从动装置之间的距离，可以实现变速箱离合器的功能，与两个电机结合，可以形成一个有机的整体电机驱动系统。磁力驱动的调速可以与单个大电机或组合电机的几个小功率电机匹配。在这种匹配中，电机总是在额定转速下工作。由于磁力驱动的调节，电动车的速度有快有慢的变化，然后电机的负载和扭矩也随之变化，即如果整车需要大扭矩，电机或电机组输出大扭矩，否则输出小扭矩，电机的扭矩变化随着整车的需要而变化。电机的功耗也相应变化，让电机输出整车需要多少扭矩，消耗多少电，既节能又不需要经过复杂的电机控制系统。电机运转时，转速越高，扭矩越小，转速越低，扭矩越大。这就意味着负载大，或者爬坡的时候要降低转速来增加扭矩，这和电机是一样的。中国的稀土永磁材料在世界上占主导地位，应努力开发和应用。而采用DC稀土永磁有刷电机和磁力驱动器，稀土永磁材料得到充分利用，中国拥有自主知识产权，整体成本远低于“电机、控制器、机械变速箱、离合器”。而且以后也不会受制于外企。
电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，它们都是由电动机驱动的。如果能把组合电机和磁力驱动应用到这些车辆上，这类车辆的总成本会降低很多，容易被市场接受，比内燃机车更有竞争力。因此，研究和开发电机与磁力驱动的组合将对电动汽车的研发和产业化起到积极的推动作用。
如果用奥托、吉利等极低价的车去掉电机、离合器、变速箱、油箱、供油系统，扣除这一块的成本大概在5000-6000元，那么整车成本大概在25000元/辆，再加上电池组、车载充电器、电机、磁力驱动，总成本在30000-35000元。这种车是有竞争力的，电费估算约10元/100km，每100km耗电约18 kW/h，一般车百公里/100km耗油8升，按2004年6月油价3.63元/升计算约30元/100kw。前者是后者的1/3。如果2005年实施燃油税，油耗会进一步增加，而目前应该支持电动车，2005年电费不会有太大变化，其耗电量不会增加。两者相比，电动车在运营成本上更有竞争力。
电动汽车驱动电机的性能比较
摘要:驱动电机系统是电动汽车的关键技术之一。本文对几种典型的电动汽车驱动系统进行了定性分析，比较了它们的性能，指出了它们的优缺点。
关键词:电动汽车；驱动电机；分析；性能比较
人类和环境的生存以及全球经济的可持续发展使得人们渴望找到一种低排放和有效利用资源的方式，而使用电动汽车无疑是一种很有前景的方案。
现代电动汽车是集电力、电子、机械控制、材料科学和化学技术等多项高新技术于一体的综合产品。整体性能和经济性取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动汽车的电机驱动系统一般由四个主要部分组成，即控制器。电源转换器、电机和传感器。目前电动汽车使用的电机一般有DC电机、感应电机、开关磁阻电机和永磁无刷电机。
1电动汽车电机的基本要求
电动汽车的操作非常复杂，不同于一般的工业应用。所以对驱动系统的要求非常高。
1.1电动车用电动机应具有瞬时功率高、过载能力强(过载系数3 ~ 4)、加速性能好、使用寿命长等特点。
1.2电动车用电机应具有较宽的转速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒扭矩区，要求低速运行时扭矩大，以满足起步和爬坡的要求；在恒功率区，要求在扭矩较低时有较高的转速，以满足汽车能在平坦路面上高速行驶的要求。
1.3电动汽车用电机应能在车辆减速时实现再生制动，将能量回收回电池，使电动汽车具有最佳的能量利用率，这在内燃机中是做不到的。
1.4电动车用电机应在整个运行范围内具有高效率，以提高1充电续驶里程。
另外，要求电动汽车用电机可靠性好，能在恶劣环境下长时间工作，结构简单，适合批量生产，运行时噪音低，使用维护方便，价格便宜[1-2]。
2电动汽车用电机的类型和控制方法
2.1 DC汽车
有刷DC电机的主要优点是控制简单，技术成熟。它具有交流电机无可比拟的优良控制特性。在电动汽车的早期发展中，DC汽车被广泛使用。即使现在，一些电动汽车仍然由DC汽车公司驾驶。但是，电刷和机械换向器的存在，不仅限制了电机过载能力和转速的进一步提高，而且如果长期运行，还需要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子中，散热困难，限制了电机矩质比的进一步提高。鉴于DC电机的上述缺陷，新开发的电动汽车基本不使用DC电机[3]。
2.2交流三相感应电动机
2.2.1交流三相感应电动机的基本性能
交流三相感应电动机是应用最广泛的电动机。它的定子和转子由硅钢片叠压而成，定子之间没有滑环、换向器和其他接触部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电机功率覆盖范围很广，转速达到12000 ~ 15000 r/min。可采用风冷或液冷，冷却自由度高。对环境适应性好，能很好地实现再生回馈制动。与同功率的DC电机相比，效率更高，重量减轻一半左右，价格低廉，维修方便。
2.2.2交流感应电机控制系统
因为交流三相感应电机不能直接使用电池提供的直流电，另外，交流三相感应电机具有非线性输出特性。因此，在装有交流三相感应电机的电动汽车中，需要利用逆变器中的功率半导体器件将DC变为频率和幅值可调的交流电来控制交流三相电机。主要有v/f控制法和转差频率控制法。
矢量控制方法用于控制交流三相感应电动机励磁绕组中交流电的频率和输入交流三相感应电动机的终端调节，控制交流三相感应电动机旋转磁场的磁通量和转矩，从而改变交流三相感应电动机的速度和输出转矩，以满足负载变化特性的要求，获得最高的效率，使交流三相感应电动机广泛应用于电动汽车。
2.2.3交流三相感应电动机的缺点
交流三相感应电机耗电量大，转子容易发热。必须保证交流三相感应电机高速运转时的冷却，否则会损坏电机。交流三相感应电动机的功率因数较低，使得变频变压器的输入功率因数较低，因此需要采用大容量变频变压器。交流三相感应电机的控制系统成本远高于交流三相感应电机本身，增加了电动汽车的成本[2-4]。此外，交流三相感应电机的调速性能也较差。
2.3永磁无刷DC电机
2.3.1永磁无刷DC电机的基本性能
永磁无刷DC电机是一种高性能电机。它最大的特点是具有DC电机的外特性，没有由电刷组成的机械接触结构。另外，它采用了永磁转子，没有励磁损耗:加热的电枢绕组安装在外定子上，散热容易。因此，永磁无刷DC电机无换向火花，无无线电干扰，使用寿命长，运行可靠，维护简单。此外，它的速度不受机械换向的限制，如果使用空气轴承或磁力轴承，它可以以每分钟几十万转的速度运行。与无刷DC电机系统相比，永磁电机系统具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中具有良好的应用前景。
2.3.2永磁无刷DC电机控制系统
典型的永磁无刷DC电机是一个准解耦的矢量控制系统。由于永磁体只能产生固定幅度的磁场，永磁无刷DC电机系统非常适合运行在恒转矩区域，一般通过电流滞环控制或电流反馈SPWM方式来完成。为了进一步扩大速度，永磁无刷DC电机还可以采用弱磁控制。弱磁控制的实质是超前相电流的相位角，提供直轴退磁电势，削弱定子绕组中的磁链。
2.3.3永磁无刷DC电机的不足
永磁无刷DC电机受永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷DC电机的功率范围较小，最大功率只有几十千瓦。当永磁材料受到振动、高温和过载电流时，其导磁能可能降低或退磁，使永磁电机性能下降，严重时甚至损坏电机，因此在使用中必须严格控制，防止过载。在恒功率模式下，永磁无刷DC电机运行复杂，需要复杂的控制系统，使得永磁无刷DC电机的驱动系统价格昂贵[5-10]。
2.4开关磁阻电机
2.4.1开关磁阻电机的基本性能
开关磁阻电机是一种新型电机。该系统有许多明显的特点:它的结构比其他任何电机都简单。电机转子上没有滑环、绕组和永磁体，定子上有简单的集中绕组。绕组端部较短，没有相间跳线，便于维护和维修。所以可靠性好，转速可以达到15000 r/min。效率可达85% ~ 93%，高于交流感应电机。损耗主要在定子，电机容易冷却；转子元件永磁调速范围宽，控制灵活，容易实现各种特殊要求的转矩-转速特性，并在较宽范围内保持高效率。更适合电动汽车动力性能要求。
2.2.4开关磁阻电机控制系统
开关磁阻电机具有高度非线性特性，因此其驱动系统更加复杂。它的控制系统包括一个功率转换器。
A.整流器
开关磁阻电机的励磁绕组无论是正向电流还是反向电流，转矩方向恒定，周期换向，每相只需要一个小容量的功率开关管。功率变换器电路简单，不会出现直通故障，可靠性好，易于实现系统的软启动和四象限运行，再生制动能力强。成本低于交流三相感应电机的逆变器控制系统。
B.控制器
控制器由微处理器、数字逻辑电路等部件组成。微处理器根据驾驶员输入的指令，同时对位置检测器和电流检测器反馈的电机转子位置进行分析处理，并在瞬间做出决定，发出一系列执行指令，控制开关磁阻电机在电动车的不同工况下运行。控制器的性能和调节的灵活性取决于微处理器软硬件之间的性能匹配关系。
C.位置检测器
开关磁阻电机需要高精度的位置检测器为控制系统提供电机转子位置、速度和电流的信号，并且需要较高的开关频率来降低开关磁阻电机的噪声。
2.4.3开关磁阻电机的缺点
开关磁阻电机的控制系统比其他电机的控制系统复杂。位置检测器是开关磁阻电机的关键器件，其性能对开关磁阻电机的控制运行有重要影响。由于开关磁阻电机具有双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电机的主要缺点。然而，近年来的研究表明，通过合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电机的噪声可以得到很好的抑制。另外，由于开关磁阻电机的输出转矩波动较大，功率变换器的DC电流波动较大，所以需要在DC母线上安装一个大的滤波电容[2，11-13]。
3电动汽车用备用驱动电机的性能比较
电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动机，尤其是控制性能最好、成本较低的DC电动机。随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展，交流电机。永磁无刷DC电机和开关磁阻电机表现出比DC电机更好的性能，在电动汽车中逐渐取代DC电机。表1是现代电动汽车使用的各种电机的基本性能对比。目前交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机及其控制器件的成本还是比较高的。量产后，这些电机和单元控制装置的价格会迅速降低，满足经济效益的要求，降低电动汽车的价格[2]。