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摘要：从市场的调查结果来看，当前市面上存在的大部分电动汽车，其动力来源都是三相电机，电动汽车的性能与状态受三相电机能力影响比较突出。为进一步提高电动汽车性能与能力，未来的电动汽车需要使用能力更强的新五相电机，凭借传统三相电机不具备的优势，为人们提供性能更强的电动汽车。
关键词：电动汽车；五相电机技术；永磁电机
前言：从2010年开始我国就已经成为了全球最大的汽车产销国，不过随着人们对于环保意识的增强，使得越来越多的人开始意识到应当转变汽车行业的发展道路。2017年全球众多的国家以及汽车集团先后推出了各自的禁售传统燃油车时间表。此外我国也在这场会议中被人传出有意推出传统燃油车禁售表。也就是说目前电动汽车获得了空前良好的发展机遇。根据电动汽车的电动来源，人们一般将电力汽车分为燃料电池、混合动力以及纯自动三种。在没有推出更好地电池技术前，因为穿电动汽车很容易受到里程限制，所以混合动力就成为了这一时间段我国的清洁汽车代替品与主要类型。
1五相电机技术概述
传统电机因为受逆变器供电驱动系统限制，导致供电相数得不到真正的拓展。而近些年的现代控制论、电子技术、计算机技术的出现则帮助我们克服了这一问题。相较于传统电机系统，多相电机系统在高可靠性、低压功率环境有着非常巨大的优势。所以多相电机非常适合全电船舶、航空航天、电动汽车等场合的应用，被科研人员予以了高度重视与关注。相较于三相电机电动车来说，五相电机电动汽车的优势主要集中在下述四点。第一点五相电机汽车的低压功率器成本更低，可以用低压功率实现大功率驱动。第二点在电压有限的条件下，五相电机汽车为防止功率器件串联引发均流问题，可采用单功率器件来最大化逆变器功率。第三点五相电机与三相电机相比转矩幅值小，脉动频率大。第四点五相电机冗余理念多，所以当逆变器桥臂开路或定子绕组开路时并不会改变驱动系统稳定性，不会限制电机的正常运行。正是凭借着上述优势，五相电机才拥有更为广阔的前景与市场。
2研究现状
2.1国外
2.1.1多相绕组
国外对于多相电机的绕组研究有着比较早的起步，其中E.A.Klingshim的理论与研究在多相绕组发展中起到了定型的作用。E.A.Klingshim是第一个提出多相电机分类的人，即将电机按照相数进行分类，指出了电机相数必须根据电机绕组相带角定义。他所提出的理论假说是这样规定的：如果某电机的每一对极距分布有n个相带，那么每个相带就占有360o/n电角度，也就是说每一个相带的电流时间与相邻相带都有360o/n电流时间差，电机可以被看成是n相对称绕组。
2.1.2多相建模
在众多的多项地阿基研究中，电机数学模型的建立是最重要的工作之一。E.A.Klingshim与D.C.White等人就成对多相电机数学模型做过十分深入的研究。采取瞬时对称法建立可被应用在定子绕组分布的等效电路与数学模型。此外T.A.Lipo采用傅里叶级数变换方式对多相电机进行了分析，从而实现了集中绕组电机自然坐标建模。H.A.Toliyat与L.YXu等人应用广义Park变换做了同步磁阻电机数学建模，以矢量控制技术实现了电机的有效控制。
2.1.3控制策略
五相电机要远比三相电机控制复杂的多。对于五相电机控制策略H.A.Toliyat采用了直接转矩理论对其驱动程序进行了深度研究，H.A.Toliyat条件能够五相电机的逆变器共计32个空间的30个非0空间以1比1.618比1.6182幅值使用。此外YF.Zhao与T.A.Lipo则以空间矢量解耦矢量控制方案，把研究对象置放于正弦绕组30o的双Y感应电机，凭此将六维空间电压矢量投射到新六维空间，实现了三个二维子空间的有效控制。
2.1.4容错策略
为了确保多相电机能够抗干扰运行，对于多相电机的容错研究一直就是多相电机主要研究方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆上个世纪的80年代科学家T.M.Jahns就提出过相冗余概念，他指出多相电机一组、多组在发生故障以后，多相电机的性能并不会受到影响。此外J.R.Fu则提出了多相电机的容错控制简化算法，他所提出的算法被视为多相电机发展的一大进步。这个算法将多相电机某项开路作为假设点，此时电机为了确保故障前后并不会出现定子绕组的磁动势变化，多相电机电流幅值并不是唯一，此时最小化定子铜耗来完成控制。基于此H.A.Toliyat与L.Parsa等人通过实验对这个理论进行了研究，得出在分别调整三次谐波与基波电流时，能够确保三次定子波的磁动势与基波和正常状态相同。
2.2国内
2.2.1电机结构
哈工大的郑平教授在2011年就对多相电机做过相应的研究、根据电动汽车的应用场景，对电动汽车4、5、6相分数槽集中绕组永磁同步电机展开研究。其使用绕组设计以及不等齿设计方式减少气隙磁动势谐波量，并对五相电机电磁参数问题进行了研究提出以绕组匝短路情况下可以用T性电路做分析。之后还根据设计需求创造出了试验样机用于验证和试验结果令人认同。
2.2.2容错策略
国内对于五相电机容错的研究相对发达国家晚了许多，在2005年时，薛山博士曾对五相电机容错控制进行过系统分析。薛山博士通过建立无相永磁电机数学模式，对五相电机容错控制方法进行了深入探讨，目的为解决电机于绕组开路情况下保障抗干扰能力。此外薛山博士还提出故障出现状态下的电机定子优化方法。
2011年哈工大教授杨贵杰以及直到博士赵品志通过建立同步旋转转矩方程的方式，解决了困扰世人多年的五相电机绕组开路问题，以最大转矩和最大转矩电流比两个角度阐述了多种电流优化方案。同一年江苏大学颜黎浩展开了电动汽车轮毂式永磁无刷研究，对永磁无刷电机即所谓的PMBL电机、五相无刷电机即所谓的BLAC电机、五相无刷直流电机即所谓的BLDC电机展开了深度分析。并建立了各自的数学模型。值得一提的是颜黎浩是首位将神经网络控制作用于五相电机容错研究的，他的研究将五相电机容错研究提升到了新的高度。
3五相电机发展趋势
从字面意思我们也可以看出五相电机相比较三相电机增加了两相相数，因此可以判断出五相电机的驱动系统要远比三相电机复杂得多，且这种多并不是叠加的关系。所以五相电机在应用与实践上还有很多的技术需要去攻克、很多的问题去解决，这就是未来的五相电机发展趋势。
五相电机的研究中容错控制是非常重要的内容。技术包括转矩脉动较小、电磁转矩输出较大等性能。就当前的情况来看最普遍的驱动控制方法仍旧是矢量控制，转矩控制能够实现电机转矩的系统控制。所以如何将直接转矩、矢量控制以及软计算统一，得出适用于五相电机控制系统的研究就成为了今后的重点内容。为了提高五相电机系统可靠性，最重要的就是解决缺相状态下的五相电机容错问题，只有这样才能够为五相电机提供稳定的抗干扰能力。
此外五相电机的另一个发展趋势为将五相电机当做是轮毂电机。这样的操作可以解决变速传统复杂的问题。使用四轮驱动或两轮驱动方式可以简化汽车动力布置，是改善电动汽车行驶性能、驱动性能的有效方法。当然这所带来的问题也比较突出。即在电动车运行的过程中，如果一台或多台电机初选故障，那么其他驱动的匹配关系就会出现变化。所以今后的研究要将重心放在一台与多台电机故障状态下的其余电机联动控制，这对轮毂电机驱动而言有有着稳定的意义。
结语：新五相电机有着众多传统三相电机所并不具有的优势。不过受限于技术条件方面的限制。虽然目前电动汽车还没有实现工业化、批量化的全面铺设，不过伴随着欧美乃至我国的燃油车禁售时间将至，在未来非燃油车必然会成为大势所趋。可以预见的是未来的纯电动汽车与混合动力汽车都会获得更好的发展。所以国内的科研单位与汽车企业必须将五相电机作为开发的主攻点内容，实现技术层次的早日掌握，从而将我国推向技术强国、汽车强国的舞台。
参考文献：
[1]涂祥，李纪聪，涂蛟.电动汽车五相电机技术的现状与发展趋势[J].清远职业技术学院学报，2018，11（03）：51-54.
[2]涂祥，赵汝准.五相电机专利技术分析[J].中国新技术新产品，2018（02）：140-141.
[3]吴皓雨.异步电机性能基于有限元分析法的研究[J].科技风，2017（06）：223.
论文作者:陈华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：电机论文; 多相论文; 绕组论文; 转矩论文; 电动汽车论文; 永磁论文; 定子论文; 《基层建设》2018年第28期论文;