5 電動(dòng)機(jī)
    1．混合動(dòng)力汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)
    混合動(dòng)力汽車(chē)?yán)�用電�?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作為輔助動(dòng)力，來(lái)降低燃料的消耗和實(shí)現(xiàn)“低污染”，或在純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)實(shí)現(xiàn)“零污染”，但又必須對(duì)電池組的質(zhì)量和整車(chē)的整備質(zhì)量進(jìn)行限制，以減輕HEV的總質(zhì)量。因此，一般電動(dòng)／發(fā)電機(jī)只是在HEV發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，車(chē)輛啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)起作用。混合動(dòng)力汽車(chē)上電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作條件以及其工作模式與傳統(tǒng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)相比有著很大的區(qū)別，這些區(qū)別使得傳統(tǒng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)不適合在汽車(chē)上使用。與傳統(tǒng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)相比較，混合動(dòng)力汽車(chē)上所使用的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，有以下特點(diǎn)。
    （1）混合動(dòng)力汽車(chē)上所使用的電動(dòng)機(jī)往往要求頻繁啟停、頻繁加減速以及工作模式的頻繁切換（作為電動(dòng)機(jī)使用驅(qū)動(dòng)汽車(chē)以及作為發(fā)電機(jī)使用，實(shí)現(xiàn)能量回收及發(fā)電的功能），這對(duì)電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性能提出了更高的要求。
    （2）混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要有4～5倍的過(guò)載轉(zhuǎn)矩，以滿足短時(shí)加速行駛與最大爬坡度的要求；而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只要求有2倍的過(guò)載轉(zhuǎn)矩就可以了；另外，混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速要求達(dá)到公路上巡航時(shí)基速的4～5倍，而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只要求達(dá)到恒定功率時(shí)基速的2倍。
    （3）由于汽車(chē)內(nèi)部空間緊張，往往要求電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有體積小、重量輕以及具有較高的功率密度和工作效率等性能要求。另外，相對(duì)于傳統(tǒng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)而言，混合動(dòng)力汽車(chē)上所使用的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境更為惡劣，干擾更大，從而要求它具有更高的可靠性、抗震性和抗干擾性。
    （4）傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一般工作在額定工作點(diǎn)附近，而混合動(dòng)力汽車(chē)電動(dòng)機(jī)的工作范圍相對(duì)較寬，且由于混合動(dòng)力電動(dòng)機(jī)工作模式的特殊性（電動(dòng)機(jī)的工況經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)變化中），額定功率這個(gè)參數(shù)對(duì)于混合動(dòng)力所使用的電動(dòng)機(jī)而言，沒(méi)有特別大的意義，所以對(duì)其額定功率的要求并不嚴(yán)格，而在高效工作區(qū)間，這個(gè)參數(shù)則更為實(shí)際和重要。
    （5）在供電方式上，傳統(tǒng)工業(yè)電動(dòng)機(jī)由常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的電源供電，而混合動(dòng)力電動(dòng)機(jī)所使用的電能來(lái)源于蓄電池，且由功率轉(zhuǎn)化器直接供給。另外電動(dòng)機(jī)的使用電壓及形式并不確定，從減少功率損耗及降低電動(dòng)機(jī)逆變器成本的角度而言，一般傾向于使用較高的電壓。
    由此可知，混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)它使用的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)有著下面的特殊要求：頻繁切換性能好，比功率大，體積較小，抗震性、抗干擾性好，高效工作范圍寬，容錯(cuò)能力強(qiáng)，噪聲小，以及對(duì)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力和可以接受的成本等。
    2．混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)種類(lèi)
    高功率密度、高效率，寬調(diào)速的車(chē)輛牽引電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)既是混合動(dòng)力汽車(chē)的心臟，又是混合動(dòng)力汽車(chē)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
    混合動(dòng)力汽車(chē)在不同的歷史時(shí)期采用了不同的電動(dòng)機(jī)，最早是采用了控制性能好和成本較低的直流電動(dòng)機(jī)。隨著電子技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)顯示出比直流電動(dòng)機(jī)更加優(yōu)越的性能，這些電動(dòng)機(jī)正在逐步取代直流電動(dòng)機(jī)，如圖38所示為現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車(chē)所采用的各種電動(dòng)機(jī)，表5為現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車(chē)所采用的各種電動(dòng)機(jī)的基本性能比較。



    3．混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的基本要求
    混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)為：電動(dòng)機(jī)類(lèi)型、額定電壓、機(jī)械特性、效率、尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、可靠性和成本等。另外，為電動(dòng)機(jī)所配置的電子控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也會(huì)影響驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的性能。
    （1）在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，這樣可以減小電動(dòng)機(jī)的尺寸和導(dǎo)線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。
    （2）高轉(zhuǎn)速：電動(dòng)汽車(chē)所采用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 8000～12000r/min，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的體積較小，質(zhì)量較小，有利于降低混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)的裝備質(zhì)量。
    （3）質(zhì)量小：電動(dòng)機(jī)采用鋁合金外殼，以降低電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，各種控制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能小。另外，還要求電動(dòng)機(jī)和控制裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲要低。
    （4）電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，使混合動(dòng)力汽車(chē)有良好的啟動(dòng)性能和加速性能，以獲得所需要的啟動(dòng)、加速、行駛、減速、制動(dòng)等的功率與轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)具有自動(dòng)調(diào)速功能，因此，可以減輕駕駛員的操縱強(qiáng)度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)加速踏板同樣的控制響應(yīng)。
    （5）混合動(dòng)力汽車(chē)應(yīng)有最優(yōu)化的能量利用，電動(dòng)機(jī)應(yīng)高效率、低損耗，并在車(chē)輛減速時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量的回收，再生制動(dòng)回收的能量一般可達(dá)到總能量的10%～15%，這在內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)的。
    （6）各種動(dòng)力電池組和電動(dòng)機(jī)的工作電壓可以達(dá)到300V以上，其電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合國(guó)家（或國(guó)際）有關(guān)車(chē)輛電氣控制安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，裝置高壓保護(hù)設(shè)備。
    另外，電動(dòng)機(jī)還要求可靠性好，耐溫和耐潮性能強(qiáng)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大批量生產(chǎn)，使用維修方便，價(jià)格便宜等。

    5.1直流電動(dòng)機(jī)
    在早期開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力汽車(chē)上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車(chē)上仍然使用了直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，但在新研制的混合動(dòng)力汽車(chē)上己基本不再采用直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，調(diào)速比較方便，控制裝置簡(jiǎn)單、價(jià)廉。缺點(diǎn)是效率較低、重量大、體積大、價(jià)格貴。
    1．直流電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和基本性能
    在混合動(dòng)力汽車(chē)上，最常采用的有他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。
    （1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能夠分別控制勵(lì)磁電流和電樞電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的控制，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有線性特性和穩(wěn)定輸出特性，可以擴(kuò)大其調(diào)速范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)在減速和制動(dòng)時(shí)的再生制動(dòng)，回收一部分能量。
    （2）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和電樞電流相等，能獲得每單位電流的最高轉(zhuǎn)矩，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有較好的啟動(dòng)特性以及較寬的恒功率調(diào)速范圍，有利于提高混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力性能。
    2．直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
    直流電動(dòng)機(jī)在電源電路上，可以采用較少的控制元件，一般用斬波器來(lái)控制，最常采用的有IGBT電子功率開(kāi)關(guān)的斬波器作為控制裝置，IGBT斬波器是在直流電源與直流電動(dòng)機(jī)之間的一個(gè)周期性的通斷開(kāi)關(guān)裝置，斬波器根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的需要，脈沖輸出和變換直流電動(dòng)機(jī)所需電壓從0到最高電壓，與直流電動(dòng)機(jī)輸出的功率相匹配，來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，IGBT斬波器已經(jīng)商品化，可供用戶選用。
    3．直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
    直流電動(dòng)機(jī)的電樞和磁場(chǎng)可以分別控制，因此控制起來(lái)比較容易，而且控制性能較好，直流電動(dòng)機(jī)的容量范圍很廣，可以根據(jù)所需的轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速來(lái)選用所需要的容量，市場(chǎng)上有各種不同結(jié)構(gòu)的直流電動(dòng)機(jī)供選用，直流電動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)和控制技術(shù)都較成熟，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較便宜。
    因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上有電刷、換向器等接觸零件，它們?nèi)菀啄�損，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)電刷與換向器之間會(huì)產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)形成“環(huán)火”，限制了直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高。直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)于其他電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較龐大，也較笨重，對(duì)使用環(huán)境要求高，可靠性較差，價(jià)格高，要經(jīng)常維護(hù)和修理。

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