本篇文章尽管主题是新电动轿车，可是整个结构与电机及其操控高度契合的，因而有很大的学习与参阅价值。

  前语：在本篇文章中有些篇幅触及电动轿车的结构，不是重视的要点，我会进行精简，有爱好的能够看原文。

  总述了近年来新能源轿车电机体系和电动动力体系的研讨和技能开展。经过对直流电机、感应电机、同步电机的剖析比较，发现永磁同步电机的归纳功能更好；与选用 Si 基 IGBT 的转换器比较，咱们发现选用 SiC MOSFET 的转换器显示出明显更高的功率并添加了每次充电的行进路程。此外，还展现了不同操控战略和算法的优缺陷。

  因为其简略的速度调理，DCM 从 19 世纪后期开端被用作电动轿车 (EV) 的牵引电机。

  电刷和换向器导致的功率低、质量大和牢靠性差，使 DCM 不再适用于高速新能源轿车。它们仅用于低速电动轿车。

  SRM定转子由硅钢片叠片组成，选用凸极结构。转子上没有绕组、滑环或永磁体，定子上只安装了简略的会集绕组。转子结构使 SRM 能够简略、巩固、低本钱和高速运转。此外，其逆变器牢靠的拓扑结构能够避免其发生短路毛病。高功率和简略的操控是 SRM 的优势。

  鼠笼式 IM 广泛用于新能源轿车。它们的定子和转子由叠片硅钢片组成，定子叠片组内刺进三相绕组，转子槽内装有铝或铜排，两头带环。IM具有结构简略巩固、本钱低、牢靠性高、转矩脉动小、噪声低、免维护等特色。IM 能够轻松地以超越 15,000 rpm 的速度高速运转，并具有较宽的安稳功率规模。

  IM 操控电路杂乱，其功率和功率密度与 PMSM 比较相对较低，导致其在全球的市场份额越来越低 。

  当传统 DCM 的励磁绕组和磁极被 PM 替代时，就树立了 PM-DCM。PM-DCM 表现出更高的功率密度和功率，但因为换向器和电刷体系，它需求更多的维护，而且寿数和扭矩动摇都很小；这些仍然是电动轿车运用需求处理的问题。

  在PMSM中，其三相绕组定子与IM或同步电机定子相同或类似，用PM替代传统同步电机的励磁绕组。依据永磁体在转子上或转子中的方位，永磁同步电机可分为外表贴装式（SPM）和内嵌式（IPM）。精心规划的IPM具有磁阻转矩大、功率高、功率因数高、发热低、结构简略、封装小、噪音低一级特色。跟着电力电子操控战略的开展，IPM 在牵引电机运用中占有主导地位。此外，因为选用全封闭结构，IPM 无需维护，具有低风冲突损失和低风噪声。

  PM-BLDCM在结构上和理论上都是一种特别的PMSM，但它的绕组是正常会集的，定子电流波形是梯形（trapezoidal）的，而不是SPM中的正弦波（sinusoidal）。不需求换向器电刷体系。但在电气换向进程中会呈现转矩脉动和噪声，很难到达超越基速两倍的最大速度。

  经过在 PMSM 上添加励磁绕组，电机一起具有 PM 和励磁绕组，成为混合励磁电机，即 PM-HEM。该电机具有最小的磁通走漏、气隙中的高磁通密度、高功率密度和杰出的转矩-速度特性。可是，因为两个独立的鼓励，其拓扑和操控相对杂乱。

  新能源轿车牵引电机的未来技能将着眼于高效、高转速、高功率密度、低振荡噪声、更好的电磁兼容性（EMC）和低本钱等要害因素。

  在美国能源部提出的 EV 开展 2025 道路图中，EV 电机旨在完结高功率（97%）、高功率密度（50 kW/L）和低本钱（3.3 $/kW）。

  在《节能与新能源轿车技能道路年的方针设定为比功率（功率质量比）5.0kW/kg，功率密度（功率体积比） 35 kW/L，牵引电机的峰值功率为 97%。

  选用扁平线/矩形线或发夹式绕组的高槽填充率绕组，可大大下降绕组发热，绕组铜材运用率可进步15%～20%，这是首要的进步扭矩密度、功率密度和功率的办法。例如，GM VOLT电机经过发夹翼完结了4.6kW/kg的功率密度。

  电机尺度与其扭矩成正比。关于具有给定功率要求的电机，其功率等于扭矩乘以速度。经过进步运转速度，能够下降电机对转矩的要求，然后减小电机的体积和分量，其功率密度跟着速度的添加而添加。例如，特斯拉Model 3选用17900转/分的牵引电机转速，我国新能源轿车技能道路转/分的电机转速。

  油水联合冷却和新的冷却拓扑结构，改善牵引电机的冷却技能和传热，然后进步电机的功率密度。

  现在，永磁同步电机要求其操控战略具有体系动态呼应快、动/静态精度高、抗搅扰才能强等特色。可是，PMSM 模型对错线性的；其耦合性强、参数时变、变量多、扰动大，操控算法杂乱。因而，电机的功能直接遭到操控战略的影响。典型的操控战略包含恒压/频率比、经典份额积分微分 (PID)、磁场定向办法、直接转矩、滑模变结构、自适应和智能操控。

  恒V/F比操控，也称为恒磁通操控，能够经过确保每频率的定子电压坚持安稳来取得安稳的磁通。NT坐标系选用状况反应操控，提出了一种新的永磁同步电机无传感器V/F操控办法。当电机低速运转时，T轴电流用于坚持体系的高安稳性。为了使电机在中高频下安稳运转，添加了速度安稳环，并提取了有功功率扰动分量进行补偿。

  V/F操控是一种比较常用的IM速度操控办法，具有简略、有用、对参数改变鲁棒性高级长处。可是，因为是开环操控，在V/F开环操控中，因为速度和磁通的漂移会下降体系的操控精度、动态呼应和负载才能，导致发动才能差，转矩脉动大，速度规模窄。因而，V/F操控很少用于车辆牵引电机操控。

  FOC 是 Blaschke 在 1970 时代提出的。在特别的 dq0 坐标系中，定子电流被解耦为转矩分量并在安稳转子磁通下磁化，沟通 (AC) 电机的操控能够等效于无励磁直流电机的操控。FOC 可完结平稳发动、低转矩脉动和宽速度规模，适用于机械在恶劣工况下的高动态呼应。在两相旋转坐标系中树立电机动力学模型是 FOC 成功的要害，为恶劣工况下的高动态呼应奠定根底。

  DTC 是由 Depenbrock 提出的，去掉了 FOC 体系中的电流回路，不需求杂乱的坐标改换。两位bangbang控件用于生成两相静态坐标中的PWM调制信号。DTC具有结构简略、动态呼应快、参数扰动敏感性低、鲁棒性强等长处，适用于动态呼应快、调速规模广的运用场合。可是，它也存在低速时电流和转矩脉动以及需求高采样频率的缺陷。许多学者将空间矢量脉宽调制（SVPWM）和DTC结合起来削减这些纹波。

  DTC 操控尽管简略，但具有超卓的动态和静态功能。可是，它对逆变器开关频率的添加有约束。没有电流回路，电流维护应该直接完结，因而需求额定的丈量来约束电流。“死区效应”在低速时也很明显，定子电阻的改变会歪曲定子电流和磁链。

  这种操控战略的长处是算法简略、核算量小、无退磁效应，遍及适用于小功率伺服体系。但其功率因数较低。关于内部永磁同步电机，这种办法没有运用电机的磁阻转矩，下降了电机的转矩功能。因而，它仅用于外表贴装 PM 电机 (SPM)。

  MTPA战略充分运用了电机的磁阻转矩，极大进步了最大转矩输出。在输出转矩相同的情况下，这种办法的定子电流最小，削减了铜损，进步了功率。可是这种操控战略杂乱，参数鲁棒性不是很高。

  MTPV 充分运用电压约束椭圆和直流母线电压。这种办法能够完结逆变器容量高、弱磁规模内的最大输出转矩和快速的体系呼应。可是，这种操控算法比较杂乱。

  依据cosΦ=1的单位功率因数操控 ，经过一起操控PMSM的d轴和q轴电流，使功率因数等于1，无无功输出。这种操控战略充分运用了电机逆变器的容量，但下降了其最大电机转矩容量。

  经典的PID操控办法安稳牢靠，调理便利，结构简略，是线性和停止物体的好办法。可是，永磁同步电机是一个强耦合的非线性物体，其参数改变和相互作用杂乱。为了进步电机调速功能，PID 操控与其他操控办法相结合，如自适应 PI、神经网络 PI 和含糊 PI 操控。可是，在电机转矩盯梢精度、呼应速度、转矩脉动按捺和参数鲁棒性方面，上述算法无法有用完结超卓的动静态功能。因而，提出了其他几种先进的操控算法。

  自适应操控算法经过在线调整操控器参数来处理体系的不确定性，具有很强的鲁棒性。其间，模型参阅自适应操控最为常见。其体系由参阅模型、可调体系和自适应机制组成。可是，参阅模型和可调体系的规划依赖于准确的电机模型，遭到电机参数扰动的严峻影响。

  作为一种典型的鲁棒操控（RC）办法，H∞操控算法旨在最小化操控器不确定性的敏感性，以坚持体系操控功能。它的鲁棒性和抗扰性都很强，但求解进程杂乱。

  ADRC 运用扰动观测器来估量体系的不确定性，然后将扰动按捺引进操控信号以补偿不确定性。ADRC 供给强壮的抗搅扰才能。但其观测器规划参数很多，迫临进程滞后，存在必定的稳态差错，影响电机操控精度。

  MPC规划简略，动态呼应快。它的作用是依据在每个采样时刻在有限时刻域中处理开环的最优操控问题。可是，这种操控算法很杂乱而且取决于电机模型参数。

  NNC办法能够完结发动平稳、转矩脉动小、速度规模宽、鲁棒性高，参数设置简略，自学习才能强，电机参数灵敏度低。可是，NNC结构相对杂乱，在线迭代核算导致实时性差。因而，它更适合离线参数辨认。

  FLC结构简略，鲁棒性好，对电机发动影响小。在沟通伺服电机操控体系的规划中得到很好的运用。可是，在实践运用中，其规划依赖于经历和专业知识。

  SMC算法不受外界搅扰的影响，结构简略，对内参扰动的敏感性低，操控精度高。它适用于非线性不确定体系的操控，但具有较高的转矩脉动。颤振、奇异性和不匹配的不确定性约束了它的运用。

  关于给定的直流母线输入电压和相输出电流才能，高直流母线电压运用率能够协助电机在转角速度和转角速度之后（即到弱磁规模）输出更多功率。

  SPWM侧重从电机电源的视点处理三相对称正弦电压频率和电压调理问题。可是，其总谐波失真比 SVPWM 大，对操控功能发生负面影响。更严峻的是，其基波相电压幅值只能是直流母线，或许只能在转角速度之前的低速规模内运用。

  SVPWM 使电机取得安稳振幅的圆形磁场。与SPWM比较，直流母线%，高速运转时输出功率更大。还能够完结低电流波形失真或少数电流谐波分量。此外，旋转磁场更挨近圆，大大进步了电机功能。因而，SVPWM 是电机操控中的首要调制办法。

  SSV能够经过操控电压幅值、磁通和转矩来调理功率，能够供给最高的直流母线电压运用率，然后有利于在超越电机转角速度的速度下有更大的功率输出。可是，其谐波在相电流和气隙磁场中丰厚，导致具有更高起伏的五次和七次谐波。

  英飞凌、富士、三菱、瑞萨等世界元器材供货商推出了用于新能源轿车的新一代绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片。

  例如，英飞凌 IGBT 依据 8 英寸。或 12 英寸。技能渠道，而 IGBT 是在 6 英寸。或 8 英寸。晶圆在我国。尽管如此，在器材功能指标、要害工艺技能、出产质量操控、本钱等方面仍存在必定距离。车用规范IGBT模块封装（相当于HP1、HP2、HP Drive等进口模块）在功能和牢靠性上挨近世界平均水平，在轿车上的大规模运用在国内刚刚起步。

  与传统的硅器材比较，以碳化硅和氮化镓为代表的宽带隙（WBG）功率器材在电压、工作温度、开关频率、开关损耗等方面表现出很强的优势，更适用于需求耐高温、高压的新能源逆变器、高频和高功率密度 。

  选用规范驱动电路，添加一个简略的耦合电路，驱动两个串联的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET），并运用限幅缓冲电路进行电压平衡。它具有本钱低、结构简略、牢靠性高级长处。

  高功率、高密度、杰出的EMC功能是电机操控器的开展方向。选用电力电子集成技能，能够有用减轻整个操控器的分量和体积，进步功率密度，降造本钱。

  混合集成计划首要用于电机操控器，如丰田普锐斯和通用伏特。模块封装、互连和高效冷却是电力电子混合集成的中心。

  电动轿车（BEV）动力体系一般包含电机、电力电子操控体系和减速器或变速器。其装备首要取决于车内电驱动体系的布局。

  发动机、电动机和动力电池相结合，并匹配和优化两种动力源，大大削减车辆排放和化石能源消耗，依据动力源的组合，

  体系地回忆了新能源轿车电机体系和动力总成技能的现状；具体总结了资料、器材、动力总成等方面的技能立异和运用；并比较了不同的操控算法。尽管牵引电机和动力总成产品的功能得到了明显提高，但更多立异技能需求更多的研制，例如电机规划优化和操控算法、多物理仿真剖析、鲁棒性规划、联合考虑电机、操控器和减速器的体系集成/transmissions，依据碳化硅器材的下一代电机体系，少用或不必重稀土永磁资料的永磁电机，高效的电机冷却办法，以及新资料的开发和运用。