張 虎，陳天殷

（1.北汽福田歐輝環(huán)境裝備事業(yè)部 技術(shù)中心液壓電控部電控科，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2.美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江 杭州 310013）

電動(dòng)汽車的熱門(mén)主驅(qū)
——開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)

張 虎1，陳天殷2

（1.北汽福田歐輝環(huán)境裝備事業(yè)部 技術(shù)中心液壓電控部電控科，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2.美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江 杭州 310013）

介紹開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、特性，以及應(yīng)用前景。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；工作電壓；使用溫度范圍；工作壽命；可靠性

1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)異軍突起

為應(yīng)對(duì)人們對(duì)礦物燃料儲(chǔ)量的憂慮，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、汽車能效和環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，消費(fèi)者對(duì)綠色節(jié)能、安全、便捷和舒適度提出了更高的要求，推動(dòng)了電動(dòng)汽車的發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)（或稱為大功率、高速率的開(kāi)關(guān)電子器件）為大功率汽車主驅(qū)電機(jī)的有效控制提供了保障。作為電動(dòng)汽車熱門(mén)的主驅(qū)電機(jī)——開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor，簡(jiǎn)稱SRM）及其控制調(diào)速系統(tǒng)有著免維護(hù)、控制簡(jiǎn)捷便利、啟/制動(dòng)性能好、較佳的動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能和穩(wěn)態(tài)精度、運(yùn)行效率高、可靠性優(yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。正快速普及至家用電器、工礦機(jī)械、自動(dòng)化設(shè)備、電子工程、航空、航天及電動(dòng)車輛等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。

2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2.1 結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)硅鋼片疊壓帶繞組的定子磁極和“齒槽”形的轉(zhuǎn)子磁極有不同的極對(duì)數(shù)。定子極數(shù)與轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不能相等，又必須相近。只有兩者相近，才能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角變化的平均變化率，這是提高電機(jī)出力的重要條件。定子繞組可配置為三相、四相、五相等多種類型，定子繞組的組數(shù)與其類型相對(duì)應(yīng)。相數(shù)較大，其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)較小。圖1為拆解的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定轉(zhuǎn)子。

圖1 拆解的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定轉(zhuǎn)子

圖2為8/6極SRM的定轉(zhuǎn)子透視圖，用4種色彩表示繞組，繞組連接成四相。

圖2 8/6極SRM的定轉(zhuǎn)子

當(dāng)前，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)其定子磁極數(shù)和轉(zhuǎn)子齒極數(shù)必須有規(guī)律的相差。以四相（8/6）結(jié)構(gòu)和三相（12/8）結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。

2.2 原理

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)不同于由電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的傳統(tǒng)交直流電機(jī)，它是由磁路中定轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻變化的原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩——磁阻轉(zhuǎn)矩。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是因勵(lì)磁繞組通斷狀態(tài)的變換皆受開(kāi)關(guān)控制而獲名。

圖3為定轉(zhuǎn)子8/6極的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其橫截面中定子直徑方向上一對(duì)磁極繞組形成一相電路。

圖3 8/6極的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的橫截面

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理為：磁通總是要沿著磁阻最小的路徑閉合，轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極主軸線相重合時(shí)，即是磁阻最小位置，于是就促使轉(zhuǎn)子向最小磁阻的位置轉(zhuǎn)移，勵(lì)磁繞組依次通電，即作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。圖4所示的轉(zhuǎn)矩作用，類同于勵(lì)磁的電磁鐵吸引鐵磁物質(zhì)而產(chǎn)生拉動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

圖4 最小磁阻原理使SRM產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

圖5展示了四相（8/6極）結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理。圖5中S1、S2是電子開(kāi)關(guān)，D1、D2為二極管，U是直流電源。定轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)的差異，使電動(dòng)機(jī)磁路的磁阻隨著定轉(zhuǎn)子磁極中心線的重合或錯(cuò)位的不同角度而變化。磁阻反比于電感量，當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極的中心線相重疊時(shí)，相繞組電感量最大，這段磁路有最小的磁阻；而當(dāng)定子磁極的中心線與轉(zhuǎn)子兩極間（相當(dāng)于“槽”）的中心線對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該段磁路磁阻最大，相繞組電感量最小。正因如此，SRM在一些文獻(xiàn)中亦被稱為可變磁阻電機(jī)。

圖5 一對(duì)磁極通電的情況

圖5中僅標(biāo)出A相勵(lì)磁繞組及其供電電路?！按抛枳钚≡怼苯沂敬磐〞?huì)沿著磁阻最小途徑閉合，轉(zhuǎn)子的凸極中心軸線與勵(lì)磁定子凸極磁場(chǎng)軸線相重合時(shí)，磁路有最小磁阻。亦即通電的一組勵(lì)極對(duì)產(chǎn)生的磁通會(huì)追逐到最近的磁導(dǎo)體閉合磁通，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，而產(chǎn)生力矩，將轉(zhuǎn)子由通電0°旋轉(zhuǎn)到10°，實(shí)現(xiàn)最小磁阻。當(dāng)A-A’極勵(lì)磁時(shí)，轉(zhuǎn)子a-a’向定子A-A’軸線重合的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)A相勵(lì)磁繞組的電感量L最大。若以圖5定轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置作為起始態(tài)，依次給D→A→B→C相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；相反，若依次給B→A→D→C相通電，則電動(dòng)機(jī)即會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。故依次對(duì)AA’、BB’、CC’、DD’按順序變換繞組正負(fù)極通電，即可控制形成一固定轉(zhuǎn)向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。完整的相位變換，使采用簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)變換電路便可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的變換。其順序是：A-A'相繞組通電→a-a'與A-A'重合；B-B'相繞組通電→b-b'與B-B'重合；C-C'相繞組通電→c-c'與C-C'重合；D-D'相繞組通電→a-a'與D-D'重合；電機(jī)轉(zhuǎn)子便會(huì)逆勵(lì)磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

顯而易見(jiàn)，當(dāng)向A、B、C、D各相繞組依次通電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)逐步沿著逆勵(lì)磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。若改變各相繞組通電的順序，電機(jī)將改變旋轉(zhuǎn)方向。但是，繞組相電流通電的方向，并不會(huì)影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向。亦即開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組電流方向無(wú)直接關(guān)聯(lián)，而僅取決于各相繞組通電的順序。

實(shí)際應(yīng)用中，勵(lì)磁供電回路的每個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管皆并聯(lián)一個(gè)二極管用來(lái)續(xù)流。由圖5可看出，當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件S1、S2導(dǎo)通時(shí)，A相繞組從直流電源U吸收電能，而當(dāng)S1、S2斷開(kāi)時(shí)，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、D2繼續(xù)流通，并回饋電能給電源U。圖6為三相SRM的供電回路。圖6中配置的電容器用以抑制電源電壓的波動(dòng)和由此所引起的電機(jī)電磁噪聲。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)使電機(jī)無(wú)需受三相交流電概念的局限，而采用多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)然，簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電路基于復(fù)雜精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，多相位的變換也需要精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子位置信息才能實(shí)現(xiàn)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)回避了三相交流電機(jī)極對(duì)數(shù)越少轉(zhuǎn)速越高、極對(duì)數(shù)越多旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩越大的特性，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速同步，能在較寬范圍內(nèi)按需求提供轉(zhuǎn)速，不受制于負(fù)載。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)傳動(dòng)的一大特色是具有再生作用。如圖7所示，在轉(zhuǎn)矩T的發(fā)電機(jī)工作段，電機(jī)反過(guò)來(lái)向系統(tǒng)饋送能量，呈發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

圖6 6/4極三相SRM的供電回路

圖7 定轉(zhuǎn)子不同相對(duì)位置的電感電流和轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁繞組的電感對(duì)轉(zhuǎn)子位置角θ的變化率呈正比關(guān)系。只有當(dāng)繞組電感隨轉(zhuǎn)子位置角增大時(shí)，給繞組通電才能產(chǎn)生正向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩；而當(dāng)電感隨轉(zhuǎn)子位置角變化下降時(shí)，若繞組中仍有電流，則將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。必須注意：相繞組關(guān)斷后，因電感的延遲作用電流不能突變?yōu)?，為防止繞組電流延續(xù)到負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)（制動(dòng)轉(zhuǎn)矩），必須在繞組電感開(kāi)始下降前，提前關(guān)斷繞組。

2.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速控制原理是通過(guò)控制加至SRM繞組端的電流脈沖的幅度、寬度以及其與轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的導(dǎo)通角、關(guān)斷角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩大小與方向，成為一種新型的無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，廣為應(yīng)用。

正是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一類機(jī)電一體化的產(chǎn)品，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用，電機(jī)無(wú)法直接連接在一個(gè)簡(jiǎn)單的交流或直流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，必須和驅(qū)動(dòng)控制部分不可分割地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（Switched Reluctance Drive System，簡(jiǎn)稱SRD）由開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器和位置檢測(cè)器等幾部分組成，也有把功率變換器和控制電路合稱為控制器的，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器一般總是裝置在電機(jī)的非輸出軸一側(cè)。圖8為SRM及其簡(jiǎn)化的控制系統(tǒng)。圖9為可供調(diào)速控制的SRD系統(tǒng)。

圖8 簡(jiǎn)化的SRD系統(tǒng)圖

圖9 可供調(diào)速控制的SRD系統(tǒng)

2.4 采用位置傳感器提供轉(zhuǎn)子位置信息

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電路是基于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，而多相位變換是需要轉(zhuǎn)子位置信息才能完成。用以識(shí)別和確定各相繞組與磁極（中心線）相對(duì)位置，以決定如何實(shí)現(xiàn)各相勵(lì)磁繞組精準(zhǔn)的通電，須運(yùn)用快速反應(yīng)的位置傳感器。目前，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中也有利用霍爾傳感元件作為位置傳感器的?；魻杺鞲衅黧w積極小，可靠性好，且靈敏度、分辨率極高，其放置的位置取決于控制時(shí)勵(lì)磁順序的需要、傳感器輸出電信號(hào)之間的相序，以保證產(chǎn)生所要求的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。設(shè)計(jì)控制器時(shí)，據(jù)此安排并遵循其勵(lì)磁順序。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，在高負(fù)載和高加速或減速時(shí)，由于繞組自感互感和滯后作用，雖然霍爾傳感器信號(hào)會(huì)在反電動(dòng)勢(shì)電壓極性由正變?yōu)樨?fù)或負(fù)變?yōu)檎乃查g改變狀態(tài)，但依靠某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度作為監(jiān)測(cè)依據(jù)的方法會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的錯(cuò)位、遺漏，影響可靠性。圖10為光電傳感器、電渦流傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的SRD示意圖。

圖10 光電傳感器、電渦流傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的SRD示意圖

2.5 無(wú)傳感器控制的SRD

較理想的情況是不設(shè)位置傳感器，而能達(dá)到相同的效果。表1列出了5種類型的有效解決方案。

表1 5種無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的方案

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)繞組都會(huì)產(chǎn)生稱為反電動(dòng)勢(shì)E的電壓。依楞次定律，其大小正比于轉(zhuǎn)子角速度ω、轉(zhuǎn)子極面的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度l、直徑r和定子繞組每相的匝數(shù)N，其方向與提供給繞組的電壓相反。可表達(dá)為：反電動(dòng)勢(shì)E ∝ - Nl rBω。

3 SRM電機(jī)的特性

3.1 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩TP和額定轉(zhuǎn)矩TR，分別表征電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩和以均方根值表達(dá)的平均連續(xù)轉(zhuǎn)矩。圖11為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，用ω表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度。

定子勵(lì)磁繞組依次輪流通電一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)齒槽，定子每輪流通電Nr次，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過(guò)1周。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速n（r/min）與相繞組電壓的開(kāi)關(guān)頻率fph之間的關(guān)系為

圖11 SRM轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性

圖11中綠色的虛線顯示出SRM有一段類似于直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

實(shí)際上，SRM運(yùn)行在電流較小的情況，磁路并不飽和，電磁轉(zhuǎn)矩與電流平方成正比；而當(dāng)運(yùn)行在磁路飽和的情況，電磁轉(zhuǎn)矩正比于電流的一次方。這也是我們制訂SRM控制策略的依據(jù)。

SRM基本的控制策略是：低速時(shí)的電流斬波控制（CCC，Current chopping control）；高速時(shí)的角度位置控制（APC，Angular position control）；電壓控制（PC， Voltage control）。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有顯著的非線性及變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)的特點(diǎn)。SRM在不同的速度范圍必采用不同的運(yùn)行控制方式。

1）低速時(shí)的電流斬波控制 圖12繪出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在電流斬波控制方式下相電流波形。開(kāi)通角θon是轉(zhuǎn)矩控制的重要參數(shù)：當(dāng)角速度ω確定時(shí)，若θon較小，相電流直線上升時(shí)間較長(zhǎng)，即會(huì)增大電流，提升轉(zhuǎn)矩。而θon一定時(shí)，增大關(guān)斷角θoff，平均轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。但導(dǎo)通角θc= θon— θoff，會(huì)有一個(gè)最佳值。超過(guò)此值，θc增大，平均轉(zhuǎn)矩反而減小。

圖12 SRM電流斬波控制方式下相電流波形

2）高速時(shí)的角度位置控制 選取一定電流限值下輸出轉(zhuǎn)矩最高的優(yōu)化目標(biāo)，從非線性模型出發(fā)，可算出關(guān)斷角 θoff的最佳控制范圍為20 o～40o。進(jìn)一步簡(jiǎn)化，把 θoff控制在最大范圍來(lái)調(diào)節(jié) θon，以滿足調(diào)速的要求。已有文獻(xiàn)資料介紹在APC方式下，以輸出轉(zhuǎn)矩最大為優(yōu)化目標(biāo)的關(guān)斷角 θoff的最佳控制算法。

3）電壓控制 常規(guī)的電壓PWM控制策略，對(duì)應(yīng)某一較寬的速度域內(nèi)，起始開(kāi)通角 θon相對(duì)不可調(diào)，可通過(guò)調(diào)節(jié)電流脈沖的占空比和幅度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后不斷微調(diào) θon，使系統(tǒng)損耗相對(duì)最小。

基于現(xiàn)代控制理論和智能控制技術(shù)的提升，建立起SRD的動(dòng)態(tài)模型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型。本質(zhì)屬于非線性控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)，有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，十分適應(yīng)于SRD控制技術(shù)。模糊控制無(wú)需先構(gòu)建受控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，而可根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表。實(shí)際使用時(shí)，為避免數(shù)據(jù)有跳躍和改善平滑性，采用與PID控制器相結(jié)合。PID（比例-積分-微分控制器）其基礎(chǔ)是比例控制，積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加超調(diào)；微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應(yīng)速度以及減弱超調(diào)趨勢(shì)。SRM調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖13所示。

圖13 SRM 調(diào)速系統(tǒng)框圖

單片機(jī)（MCU，微控制器）和DSP（Digital Signal Process，數(shù)字信號(hào)處理器）芯片組成的控制器，各大生產(chǎn)汽車電子器件的跨國(guó)公司，如英飛凌 （Infineon）、亞德諾（Analog Devices， Inc.簡(jiǎn)稱ADI）、德州儀器（TI）、意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）等皆有成熟的產(chǎn)品供應(yīng)。

3.2 四象限可逆調(diào)速特性

SRM的四象限可逆調(diào)速，顯示了SRM完全對(duì)稱的特性，如圖14所示，這正是圖7中轉(zhuǎn)矩曲線在4個(gè)象限的反映。

這樣的特性特別適合車輛牽引、絞車、提升機(jī)一類的器械負(fù)載。重載啟動(dòng)能力強(qiáng)，極快的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)速共振點(diǎn)。

圖14 SRM的四象限可逆調(diào)速特性

3.3 試圖改變控制特性的嘗試

也曾出現(xiàn)過(guò)用于電動(dòng)車輛的外轉(zhuǎn)子輪轂式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。整個(gè)電動(dòng)機(jī)安裝在車輛的輪轂上，轉(zhuǎn)子直接裝在輪圈上旋轉(zhuǎn)，定子是4對(duì)極的勵(lì)磁繞組，外轉(zhuǎn)子有6個(gè)磁極。如圖15所示。但將電動(dòng)機(jī)直接裝入車輪中樞的輪轂電機(jī)安裝方式，由于電動(dòng)機(jī)自身質(zhì)量較大，會(huì)較大幅度增加懸架下的簧下質(zhì)量，從而影響車輛的操控性能。

圖15 外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)的橫截面及車輪剖視

4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 與傳統(tǒng)電機(jī)對(duì)比

常見(jiàn)的幾種變速傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。表3將幾種常見(jiàn)的電動(dòng)汽車主驅(qū)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)性能做了比較。

在國(guó)際電機(jī)界，中國(guó)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)論在設(shè)計(jì)和工藝創(chuàng)新等諸方面早已迎頭趕上，皆不落后。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、仿真技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷提升，形成了電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、等效磁路解析、場(chǎng)路結(jié)合求解整套的分析研究方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。

4.2 應(yīng)用前景

各國(guó)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的實(shí)例較突出的有：①英國(guó)捷豹公司C-X75插電增程式四驅(qū)電動(dòng)超跑概念車，采用2臺(tái)SRM；②東風(fēng)公司混合動(dòng)力城市客車，額定功率60 kW，額定電壓336 V，輸出轉(zhuǎn)矩355 Nm（轉(zhuǎn)速800 r/min），已投入武漢市510公交線路運(yùn)營(yíng)；③艾默生混合動(dòng)力客車采用SRM磁阻電機(jī)，A款額定功率35 kW，B款額定功率130 kW，峰值功率160 kW；④中紡銳力公司混合動(dòng)力公交車采用SRM磁阻電機(jī)，額定功率35 kW，峰值功率60 kW，額定電壓336 V，額定轉(zhuǎn)速2000 r/min，最大轉(zhuǎn)速7000 r/min，系統(tǒng)效率94%。

正是當(dāng)今功率電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和智能化控制技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為最新一代無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)深入研究開(kāi)發(fā)發(fā)展，并不斷完善提高。SRD優(yōu)良的調(diào)速性能與極高的性能價(jià)格比，使其推廣普及產(chǎn)生極佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表2 3種常見(jiàn)的變速傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

表3 電動(dòng)汽車主驅(qū)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)性能比較

當(dāng)前對(duì)SRD的深入研究在如下幾方面：電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，功率轉(zhuǎn)換器、控制器、無(wú)位置傳感器控制高效簡(jiǎn)化與智能化，無(wú)軸承SRM（磁懸?。?、損耗與溫升、故障診斷和容錯(cuò)運(yùn)行等的研究。

以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度為特色的DSP （Digital signal processor）芯片的出現(xiàn)，為SRD推向電動(dòng)汽車的應(yīng)用作出巨大的貢獻(xiàn)。DSP芯片這種獨(dú)特架構(gòu)的微處理器，也直譯作數(shù)字信號(hào)處理器，運(yùn)行速度可達(dá)每秒千萬(wàn)條復(fù)雜的指令程序。程序與數(shù)據(jù)分開(kāi)，可同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)有快速的RAM，能通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在多單元中同時(shí)訪問(wèn)、操作；實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。智能技術(shù)不斷成熟，高效高性能低價(jià)的DSP開(kāi)發(fā)各種復(fù)雜算法的間接位置檢測(cè)技術(shù)，無(wú)需再附加外部的硬件電路，還極大地提高了SRM的檢測(cè)可靠性和適用性，更大限度顯示出SRD在電動(dòng)汽車中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及其應(yīng)用控制，除需諳熟電機(jī)的電磁場(chǎng)原理，還與電子科技、微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及材料科學(xué)等發(fā)展緊密聯(lián)系，要求技術(shù)人員熟悉交流直流、電動(dòng)發(fā)電能量轉(zhuǎn)換、數(shù)字與模擬以及信號(hào)傳感器等領(lǐng)域。

［1］ Tom Denton.Automobile ElectronicalandElectronicSystems［M］.Elsevier Butterworth Heinemann Co.Ltd.， 2009.

［2］ Ronald K.Jurgen.Automotive Electronic Handbook（3th Edition）［M］.McGraw–Hill Corpanics Inc，2008

［3］ 李涵武.電動(dòng)汽車技術(shù)技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［4］ GB/T 18488.1—2006，電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)及其控制器第1部分：技術(shù)條件［S］.

［5］ GB/T 19596，電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)［S］.

［6］ GB/T 18488.2—2015，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第2部分：試驗(yàn)方法［S］.

［7］ 陳天殷.汽車電子技術(shù)的現(xiàn)狀與展望［J］.汽車電器，2012（12）：1-3.

（編輯 楊 景）

Application & Maintenance of Switched Reluctance Motor in Electronic Vehicles

ZHANG Hu1， Chen Tian-yin2
（1.Foton Motor Co.， Ltd.， Changsha 410100， China；2. Apeks Motors （Hangzhou） Co.， Ltd.， Hangzhou 310013， China）

This paper introduces the structure， working principle， main merits， application and future development on designing of the switched reluctance motor.

switched reluctance motor； working voltage； working temperature range； working life； reliability

U463.23

B

1003-8639（2017）05-0014-06

2016-12-12；

2017-01-17

張虎（1981-），男，湖南湘潭人，北汽福田歐輝環(huán)境裝備事業(yè)部/技術(shù)中心液壓電控部電控科/電控設(shè)計(jì)主任工程師，研究方向環(huán)衛(wèi)車電控系統(tǒng)及新能源汽車底盤(pán)電控系統(tǒng)；陳天殷，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司總工程師，研究方向?yàn)槠囯姍C(jī)電器及電子，曾在學(xué)術(shù)會(huì)議及多家技術(shù)刊物發(fā)表過(guò)多篇專業(yè)文章。