基于永磁同步電機(jī)的EPS關(guān)鍵技術(shù)的研究摘要

本文通過對基于永磁同步電機(jī)的EPS關(guān)鍵技術(shù)的研究，系統(tǒng)地介紹了EPS的原理、結(jié)構(gòu)和發(fā)展歷程，深入分析了永磁同步電機(jī)作為EPS的驅(qū)動電機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，并針對EPS在電動汽車、光伏逆變器等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了討論。同時，針對EPS所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，包括電機(jī)控制策略、電機(jī)參數(shù)識別和電路拓?fù)涞确矫孢M(jìn)行了闡述，提出了相應(yīng)的研究思路和方法。最后，對基于永磁同步電機(jī)的EPS未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)，汽車電力系統(tǒng)，電機(jī)控制策略，電機(jī)參數(shù)識別，電路拓?fù)?/p>

Abstract

ThroughthestudyofkeytechnologiesofEPSbasedonpermanentmagnetsynchronousmotor,thispapersystematicallyintroducestheprinciple,structureanddevelopmentprocessofEPS,analyzesindepththecharacteristicsandadvantagesofpermanentmagnetsynchronousmotorasthedrivingmotorofEPS,anddiscussestheapplicationofEPSinthefieldsofelectricvehicles,photovoltaicinvertersandsoon.Atthesametime,thekeytechnologiesinvolvedinEPS,includingmotorcontrolstrategy,motorparameteridentificationandcircuittopology,areelaborated,andcorrespondingresearchideasandmethodsareproposed.Finally,thedevelopmenttrendofEPSbasedonpermanentmagnetsynchronousmotorisdiscussed,whichprovidesareferenceandreferencefortheresearchandapplicationofrelevantfields.

Keywords:Permanentmagnetsynchronousmotor,Automobileelectricpowersystem,Motorcontrolstrategy,Motorparameteridentification,Circuittopology

第一章緒論

1.1研究背景與意義

汽車電力系統(tǒng)（EPS）是汽車電子技術(shù)中的一個重要領(lǐng)域，是汽車動力控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其功能主要在于為車輛提供驅(qū)動力矩和電能儲存功能，以及滿足其它相關(guān)功能的需求。傳統(tǒng)的汽車EPS主要采用直流電機(jī)或交流感應(yīng)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，但其效率低、噪聲大、控制滯后等缺點(diǎn)限制了其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，因此需要尋求一種新的驅(qū)動電機(jī)方案。

永磁同步電機(jī)具有功率密度高、效率高、轉(zhuǎn)速范圍寬、控制性好、扭矩平滑等特點(diǎn)，與EPS的要求相符，因此已成為汽車EPS的首選驅(qū)動電機(jī)。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外已經(jīng)開展了大量的關(guān)于EPS及其驅(qū)動電機(jī)的研究工作。德國研究機(jī)構(gòu)Fraunhofer一直在研究基于永磁同步電機(jī)的EPS，其應(yīng)用于電動汽車、混合動力汽車等領(lǐng)域，并取得了一定的成果。美國的特斯拉公司也采用永磁同步電機(jī)作為汽車EPS的驅(qū)動電機(jī)，并在市場上取得了成功。

國內(nèi)雖然EP有較長的研究歷史，但主要依然采用傳統(tǒng)的直流電機(jī)或交流感應(yīng)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，對于基于永磁同步電機(jī)的EPS研究相對較少，需要加強(qiáng)研究和應(yīng)用。

1.3研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

本文的研究內(nèi)容主要包括以下方面：

（1）EPS的原理、結(jié)構(gòu)和發(fā)展歷程的介紹。

（2）永磁同步電機(jī)作為EPS的驅(qū)動電機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢的分析。

（3）基于永磁同步電機(jī)的EPS在電動汽車、光伏逆變器等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（4）EPS關(guān)鍵技術(shù)的研究和分析，包括電機(jī)控制策略、電機(jī)參數(shù)識別和電路拓?fù)涞确矫娴膬?nèi)容。

（5）基于永磁同步電機(jī)的EPS的未來發(fā)展趨勢的預(yù)測與探討。

本文的結(jié)構(gòu)分為五個部分：

第一章為緒論，主要介紹了研究背景、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)等方面。

第二章為EPS原理和結(jié)構(gòu)的介紹，包括EPS的分類、基本原理、電路結(jié)構(gòu)和控制策略等方面的內(nèi)容。

第三章為永磁同步電機(jī)作為EPS驅(qū)動電機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢的討論，主要是通過對永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、優(yōu)勢等方面的分析，說明其作為EPS驅(qū)動電機(jī)的合理性和優(yōu)越性。

第四章為基于永磁同步電機(jī)的EPS關(guān)鍵技術(shù)的研究和分析，包括電機(jī)控制策略、電機(jī)參數(shù)識別、電路拓?fù)涞确矫娴膬?nèi)容。

第五章為結(jié)論和展望，主要對本文研究工作進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)，并對基于永磁同步電機(jī)的EPS未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

第二章EPS原理和結(jié)構(gòu)的介紹

2.1EPS的分類

從應(yīng)用的角度來看，EPS分為兩類，一類是傳統(tǒng)汽車EPS，主要用于汽車的操控和安全方面的功能，如轉(zhuǎn)向、制動、防抱死等；另一類為新能源汽車EPS，主要用于電驅(qū)動系統(tǒng)中的電機(jī)控制、電池管理等方面的功能。

從機(jī)電結(jié)構(gòu)的角度來看，EPS可以分為三類，即傳統(tǒng)EPS、歐洲EPS和日本EPS。

傳統(tǒng)EPS主要采用雙作用有阻尼電動助力轉(zhuǎn)向器球撐式機(jī)械結(jié)構(gòu)，即使用較小功率的電動機(jī)驅(qū)動一個高壓油泵，高壓油泵產(chǎn)生液壓力，液壓力作用于方向機(jī)阻尼作用器上，形成柔性轉(zhuǎn)向力，減少方向的離心力，獲得更好的手感效果。

歐洲EPS采用電子助力轉(zhuǎn)向（EPAS）技術(shù)，主要采用高效、額定功率小的永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，與傳統(tǒng)EPS相比，具有響應(yīng)速度快、牽引力高、緊密性優(yōu)越、低功耗等特點(diǎn)。

日本EPS采用電液混合助力轉(zhuǎn)向技術(shù)（EHPS），實(shí)際上是將傳統(tǒng)EPS和歐洲EPS的優(yōu)勢結(jié)合起來，通過電機(jī)和液壓系統(tǒng)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了更加輕盈、更加精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)向操作。

2.2EPS的基本原理

EPS的基本原理是通過驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助力，使駕駛員感到更加舒適、輕松的轉(zhuǎn)向操作。EPS的基本結(jié)構(gòu)由電機(jī)、控制器、傳感器、執(zhí)行器等部分組成，其中電機(jī)是EPS最核心的部分。

EPS的工作分為兩個階段：一階段為無助力狀態(tài)，也稱為開環(huán)狀態(tài)，此時EPS僅作為傳統(tǒng)的固定傳動裝置，車輛按照司機(jī)的操作指令行駛；二階段為有助力狀態(tài)，稱為閉環(huán)狀態(tài)，此時EPS通過驅(qū)動電機(jī)輸出合適的扭矩，為車輛提供所需的轉(zhuǎn)向力矩。

2.3EPS電路結(jié)構(gòu)和控制策略

EPS的電路結(jié)構(gòu)和控制策略是EPS的核心技術(shù)，其設(shè)計(jì)合理與否，直接影響著EPS的輸出性能和應(yīng)用效果。

EPS的電路結(jié)構(gòu)一般分為單極（單供電）式和雙極（雙供電）式兩種結(jié)構(gòu)，其中單極式的DC/DC變換器結(jié)構(gòu)更為簡單，常見于電動汽車中，而雙極式的DC/DC變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用于大功率車輛中。

EPS的控制策略一般分為主動控制、被動控制和中間控制三種方式，其中主動控制較為靈活，響應(yīng)速度快，但需要較高的控制精度；被動控制反應(yīng)較為緩慢，控制精度較低，但控制電路較為簡單；中間控制綜合了主動控制和被動控制，具有較高的響應(yīng)速度和較低的控制精度。

第三章永磁同步電機(jī)在EPS中的應(yīng)用

3.1永磁同步電機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢

永磁同步電機(jī)作為EPS的驅(qū)動電機(jī)，其具有以下優(yōu)勢：

（1）功率密度高：相比其他類型的電機(jī)，永磁同步電機(jī)功率密度高，可以以更小的體積輸出更大的功率。

（2）效率高：永磁同步電機(jī)的效率比傳統(tǒng)電機(jī)高，可以在較低的功率下產(chǎn)生更高的驅(qū)動扭矩。

（3）轉(zhuǎn)速范圍寬：永磁同步電機(jī)可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，使其適用于多種不同類型的EPS。

（4）控制性好：永磁同步電機(jī)控制精度高，可實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速控制。

（5）扭矩平滑：永磁同步電機(jī)輸出扭矩平穩(wěn)，不易產(chǎn)生震動和噪聲。

因此，永磁同步電機(jī)被廣泛應(yīng)用于EPS中，并且已經(jīng)成為EPS驅(qū)動電機(jī)領(lǐng)域的主流技術(shù)。

3.2永磁同步電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用

隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和電動汽車市場的逐步發(fā)展，永磁同步電機(jī)逐漸成為電動汽車EPS的首選驅(qū)動電機(jī)。

永磁同步電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下方面：

（1）汽車驅(qū)動：永磁同步電機(jī)的高效率和高功率密度使其成為電動汽車的最佳驅(qū)動器，可以為汽車提供高速、高效、低噪聲的驅(qū)（2）能量回饋：永磁同步電機(jī)可以通過電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，將制動能量轉(zhuǎn)換為電能并存儲在電池中，實(shí)現(xiàn)能量回饋。這不僅可以延長電池壽命，節(jié)省能量成本，還可以提高電動汽車的續(xù)航里程。

（3）輔助系統(tǒng)：永磁同步電機(jī)可以用于輔助系統(tǒng)，如空調(diào)、水泵等，可以提高整個系統(tǒng)的效率，降低能耗。

（4）電動助力轉(zhuǎn)向：永磁同步電機(jī)可以用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，提高轉(zhuǎn)向的靈活性和穩(wěn)定性，提高駕駛的舒適性。

總之，永磁同步電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用對提高汽車的性能和節(jié)能減排具有重要意義，并且具有很高的應(yīng)用潛力（5）智能控制：隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，永磁同步電機(jī)可以與智能車載系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制，優(yōu)化電機(jī)控制策略，進(jìn)一步提高汽車的能源利用率，降低能耗排放。

（6）新型制動系統(tǒng)：永磁同步電機(jī)的能量回饋特性可以與電控制動系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效制動。同時，純電動汽車的制動方式與傳統(tǒng)燃油汽車有很大不同，因此需要開發(fā)適用于永磁同步電機(jī)的新型制動系統(tǒng)，確保汽車的行車安全。

（7）高速無刷直驅(qū)：永磁同步電機(jī)的高速無刷直驅(qū)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效、低噪音和高可靠性的電動汽車動力系統(tǒng)。該技術(shù)可以將電池組、電動機(jī)和變速器集成在一起，減少傳動損耗和汽車體積，提高動力性能和整車效率。

（8）磁浮技術(shù)：磁懸浮技術(shù)與永磁同步電機(jī)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換，減少傳動系統(tǒng)摩擦損失，提高電動汽車的能源利用效率和行駛距離。該技術(shù)還可以提高汽車的運(yùn)動性能和乘坐舒適度。

綜合來說，永磁同步電機(jī)是電動汽車動力系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)用前景廣闊。通過不斷研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，可以不斷提升其性能和應(yīng)用范圍，推動電動汽車技術(shù)的發(fā)展和普及，為減少能源消耗和環(huán)境污染做出貢獻(xiàn)但是，永磁同步電機(jī)也存在一些挑戰(zhàn)和限制。首先，其生產(chǎn)成本較高，需要大量投入研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新。其次，永磁材料的稀缺性和價(jià)格波動對其應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化造成了不小的壓力，需要尋找替代材料或開發(fā)可循環(huán)利用的新技術(shù)。此外，永磁同步電機(jī)的功率密度仍有提升空間，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造工藝，推動其性能提升。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，需要加強(qiáng)政策支持和投資引導(dǎo)，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，提高永磁同步電機(jī)的應(yīng)用水平和市場競爭力。同時，還需要加強(qiáng)國際合作，分享技術(shù)和資源，共同推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

總之，永磁同步電機(jī)是電動汽車動力系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力。隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，永磁同步電機(jī)將扮演越來越重要的角色，成為推動可持續(xù)能源和清潔交通發(fā)展的重要支撐因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)在電動汽車領(lǐng)域有著重要的地位，所以其應(yīng)用也開始向其他領(lǐng)域拓展。例如，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)的高效性和穩(wěn)定性也備受重視。永磁同步電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中可以替代傳統(tǒng)的異步電機(jī)，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩陌l(fā)電效率和更低的噪音水平，這也有助于提高風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

除此之外，永磁同步電機(jī)還可以應(yīng)用于機(jī)器人、船舶、輕軌、電梯等領(lǐng)域。在機(jī)器人領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)能夠?yàn)闄C(jī)器人提供更加高效、精確的運(yùn)動控制，使得機(jī)器可以更加準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)。在船舶和輕軌交通領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)也可以提高系統(tǒng)的能效性和減少空氣污染。在電梯領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)的低噪音和精確的運(yùn)動控制，也可以提高電梯的舒適度和安全性。

總的來說，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展，未來還有很多的機(jī)會和挑戰(zhàn)。為了滿足不同應(yīng)用場景的需求，我們需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工藝。同時，還需要推動永磁材料的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)其合理利用和回收利用。只有在技術(shù)不斷升級和社會環(huán)境不斷改善的情況下，永磁同步電機(jī)才能真正地發(fā)揮其作用，成為推動清潔能源和可持續(xù)發(fā)展的重要支柱除了在前文提到的領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)還有許多其他廣泛的應(yīng)用，例如在工業(yè)機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等方面都有應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)可以用于各種需要高速、高精度、高可靠性的機(jī)械控制系統(tǒng)中，例如印刷機(jī)、數(shù)控機(jī)床等等。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)可以用于醫(yī)療設(shè)備中，例如手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)械臂等等，其高精度和低噪音特性可以為醫(yī)療設(shè)備的準(zhǔn)確性提供保障。在家用電器領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)可以用于各種家用電器中，例如空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等等，其高效率和低功耗可以為家庭用戶帶來更多的實(shí)惠。

隨著永磁同步電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，其在設(shè)計(jì)和制造方面的要求也變得越來越高。永磁同步電機(jī)不僅需要具備高效、高精度、高可靠性的特點(diǎn)，還需要滿足各種不同應(yīng)用場景下的要求。因此，制造商需要在電機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝上不斷進(jìn)行研究和改進(jìn)，以滿足不斷變化的市場需求。同時，在永磁材料方面，也需要進(jìn)行更深入的研究和探索，以進(jìn)一步提高永磁同步電機(jī)的性能和可靠性。

另外，隨著清潔能源的日益普及和市場的不斷擴(kuò)大，永磁同步電機(jī)也將面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如何在可持續(xù)發(fā)展的前提下，進(jìn)一步推廣和應(yīng)用永磁同步電機(jī)，成為了擺在制造商、政府和社會面