高性能电机应用推动汽车工业的发展 

 

电机的采用

    我们需要追溯至多年前，回顾那段车辆不使用电机的时期。那个时候，车辆是通过手摇
曲柄进行发动的，发动机冷却风扇和雨刷器与发动机进行机械连接。电机与内燃机迅速结
合在一起，这种结合最初主要是出于舒适度方面的考虑。这些电机都是低功率电机
（<100W ），通常只需要一个简单的继电器驱动负载，它们是提升系统效率和性能的最
佳选择。随着电机开始投入安全应用，例如防抱死制动系统和牵引力控制系统，电机需要

 

更加可靠的驱动系统。

    然而，最近，汽车工业将注意力转向了降低油耗。绿色交通的压力已经迫使工程师尽可
能为车辆找到智能、有效的解决方案。电机在由智能电子设备驱动的情况下，能够实现卓
越性能。电子解决方案尤其适用于高功率电机（>100W）。尽管现代汽车中的发动机冷却
装置和鼓风机现在都采用电子功率控制，但电机的应用范围仍然很广。汽车中的许多功能
依然使用与内燃机连接的机械系统。电子控制能够在效率方面带来显著的改善，水泵和油
泵就是很好的例子。利用电气控制方式，功率能有效传输给电机，使电机在任何时候都能

 

够准确地满足功率需求。

 

变频技术为汽车领域带来重大机遇

    车辆发动机冷却装置和鼓风机应用变频电机控制是最新的一个创举。老款车型的发动机
冷却装置和鼓风机都使用由电阻器和继电器构成的转速控制系统。采用该系统，电机的转
速被限制为几个离散值。实现任何转速值都需要一个电阻器与电机串联。电机的转速不能
针对功率需求实现最优化，因而这一解决方案的性能极低。导致大多数情况下典型效率低
于 50%  

。

    电力电子技术的最新发展使变频电机控制成为许多应用的首选解决方案。使用变频控制，
在整个负载范围内能够实现高于 90%的典型系统效率。以典型的 400W 发动机冷却风扇为
例，在典型负载周期内，采用电子控制器的功耗比电阻风扇控制器少 100W。节省的这
100W 功率相当于每 100km 的燃料消耗量约减少 0.1L。
    采用 PWM 控制技术驱动电机所面临的挑战是要符合 EMI 要求。在 20 kHz 时，系统会
在电池侧产生噪声。接通和关断期间的电流斜率 di/dt 是 EMI 的主要来源。为了符合 EMI 要
求，必须在电池和逆变器之间连接一个无源滤波器。这一滤波器通常由两个大电容和一个
电感组成。滤波器的成本是整个系统的一项重要成本。在使用 MOSFET 的简单系统中，减
小 di/dt 的唯一方法就是在栅极插入一个电阻器以减缓开关速度。这样做会大大增加开关
损耗，降低系统效率，并且需要加大散热器的尺寸。在这样的系统中，需要权衡 EMI 滤

 

波器和散热器的尺寸。

 

总结

    实现全速电子控制的电机现在可以被应用于许多新应用中。在汽车中，一些负载仍由发
动机直接驱动，例如：水泵、油泵和助力转向泵。采用电机驱动这些负载，可大大简化机
械设计，无需采用皮带和转轮，同时节省发动机舱内空间。