5 电动机
    1．混合动力汽车的电动机系统特点
    混合动力汽车利用电动机驱动作为辅助动力，来降低燃料的消耗和实现“低污染”，或在纯电动驱动模式时实现“零污染”，但又必须对电池组的质量和整车的整备质量进行限制，以减轻HEV的总质量。因此，一般电动／发电机只是在HEV发动机启动，车辆启动、加速或爬坡时起作用。混合动力汽车上电动机系统的工作条件以及其工作模式与传统工业电动机相比有着很大的区别，这些区别使得传统工业电动机不适合在汽车上使用。与传统工业电动机相比较，混合动力汽车上所使用的电动机系统，有以下特点。
    （1）混合动力汽车上所使用的电动机往往要求频繁启停、频繁加减速以及工作模式的频繁切换（作为电动机使用驱动汽车以及作为发电机使用，实现能量回收及发电的功能），这对电动机的响应性能提出了更高的要求。
    （2）混合动力汽车驱动电动机需要有4～5倍的过载转矩，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求；而工业驱动电动机只要求有2倍的过载转矩就可以了；另外，混合动力汽车驱动电动机的最高转速要求达到公路上巡航时基速的4～5倍，而工业驱动电动机只要求达到恒定功率时基速的2倍。
    （3）由于汽车内部空间紧张，往往要求电动机系统具有体积小、重量轻以及具有较高的功率密度和工作效率等性能要求。另外，相对于传统工业电动机而言，混合动力汽车上所使用的电动机系统的工作环境更为恶劣，干扰更大，从而要求它具有更高的可靠性、抗震性和抗干扰性。
    （4）传统电动机一般工作在额定工作点附近，而混合动力汽车电动机的工作范围相对较宽，且由于混合动力电动机工作模式的特殊性（电动机的工况经常处于动态变化中），额定功率这个参数对于混合动力所使用的电动机而言，没有特别大的意义，所以对其额定功率的要求并不严格，而在高效工作区间，这个参数则更为实际和重要。
    （5）在供电方式上，传统工业电动机由常规标准的电源供电，而混合动力电动机所使用的电能来源于蓄电池，且由功率转化器直接供给。另外电动机的使用电压及形式并不确定，从减少功率损耗及降低电动机逆变器成本的角度而言，一般倾向于使用较高的电压。
    由此可知，混合动力汽车对它使用的电动机系统有着下面的特殊要求：频繁切换性能好，比功率大，体积较小，抗震性、抗干扰性好，高效工作范围宽，容错能力强，噪声小，以及对电压波动的适应能力和可以接受的成本等。
    2．混合动力汽车驱动电动机种类
    高功率密度、高效率，宽调速的车辆牵引电动机及其控制系统既是混合动力汽车的心脏，又是混合动力汽车研制的关键技术之一。
    混合动力汽车在不同的历史时期采用了不同的电动机，最早是采用了控制性能好和成本较低的直流电动机。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，这些电动机正在逐步取代直流电动机，如图38所示为现代混合动力汽车所采用的各种电动机，表5为现代混合动力汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。



    3．混合动力汽车对电动机性能的基本要求
    混合动力汽车的驱动电动机的主要参数为：电动机类型、额定电压、机械特性、效率、尺寸参数、质量参数、可靠性和成本等。另外，为电动机所配置的电子控制系统和驱动系统，也会影响驱动电动机的性能。
    （1）在允许的范围内，尽可能采用高电压，这样可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。
    （2）高转速：电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到 8000～12000r/min，高转速电动机的体积较小，质量较小，有利于降低混合动力汽车的整车的装备质量。
    （3）质量小：电动机采用铝合金外壳，以降低电动机的质量，各种控制装置的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能小。另外，还要求电动机和控制装置在运转时的噪声要低。
    （4）电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，使混合动力汽车有良好的启动性能和加速性能，以获得所需要的启动、加速、行驶、减速、制动等的功率与转矩。电动机具有自动调速功能，因此，可以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适性，并且能够达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应。
    （5）混合动力汽车应有最优化的能量利用，电动机应高效率、低损耗，并在车辆减速时，实现再生制动能量的回收，再生制动回收的能量一般可达到总能量的10%～15%，这在内燃机汽车上是不能实现的。
    （6）各种动力电池组和电动机的工作电压可以达到300V以上，其电气系统安全性和控制系统的安全性，都必须符合国家（或国际）有关车辆电气控制安全性能的标准和规定，装置高压保护设备。
    另外，电动机还要求可靠性好，耐温和耐潮性能强，运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长时期工作，结构简单，适合大批量生产，使用维修方便，价格便宜等。

    5.1直流电动机
    在早期开发的混合动力汽车上多采用直流电动机，即使到现在，还有一些电动汽车上仍然使用了直流电动机来驱动，但在新研制的混合动力汽车上己基本不再采用直流电动机。直流电动机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性，调速比较方便，控制装置简单、价廉。缺点是效率较低、重量大、体积大、价格贵。
    1．直流电动机的种类和基本性能
    在混合动力汽车上，最常采用的有他励直流电动机和串励直流电动机。
    （1）他励直流电动机。他励直流电动机能够分别控制励磁电流和电枢电流，来实现对他励直流电动机的控制，他励直流电动机具有线性特性和稳定输出特性，可以扩大其调速范围，能够实现在减速和制动时的再生制动，回收一部分能量。
    （2）串励直流电动机。串励直流电动机的励磁电流和电枢电流相等，能获得每单位电流的最高转矩，具有启动转矩大，有较好的启动特性以及较宽的恒功率调速范围，有利于提高混合动力汽车的动力性能。
    2．直流电动机的控制系统
    直流电动机在电源电路上，可以采用较少的控制元件，一般用斩波器来控制，最常采用的有IGBT电子功率开关的斩波器作为控制装置，IGBT斩波器是在直流电源与直流电动机之间的一个周期性的通断开关装置，斩波器根据直流电动机输出转矩的需要，脉冲输出和变换直流电动机所需电压从0到最高电压，与直流电动机输出的功率相匹配，来驱动和控制直流电动机运转，IGBT斩波器已经商品化，可供用户选用。
    3．直流电动机的特点
    直流电动机的电枢和磁场可以分别控制，因此控制起来比较容易，而且控制性能较好，直流电动机的容量范围很广，可以根据所需的转矩和最高转速来选用所需要的容量，市场上有各种不同结构的直流电动机供选用，直流电动机的制造技术和控制技术都较成熟，驱动系统较便宜。
    因为直流电动机在结构上有电刷、换向器等接触零件，它们容易磨损，在高速旋转时电刷与换向器之间会产生火花，严重时形成“环火”，限制了直流电动机转速的提高。直流电动机相对于其他电动机，结构较复杂，体积较庞大，也较笨重，对使用环境要求高，可靠性较差，价格高，要经常维护和修理。

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