丰田普锐斯车：新能源汽车电机设计与控制

丰田普锐斯（Prius）作为全球最成功的环保车型，早已成为油电混合动力车型中的全球销量冠军，即使在我们的身边，也经常可以见到它们的身影。它是集发动机和电动机组合而成的并联混合动力车（见图7-1）。当低速需要急加速时，除了电动机外，发动机也会加入帮忙；追求高速表现时，不仅发动机运作，电动机也会介入工作。这样一来，Prius的动力就远不止是1.8L发动机的级别了，按丰田提供的测试数据，它的动力性能可以达到2.4L排量的级别。

图7-1 丰田普锐斯车（图片来自http：//www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/hybrid/）

图7-2所示为丰田Prius第Ⅱ代电动变速箱，其中图7-2a为丰田Prius逆变器，图7-2b为动力分流变速箱与发动机集成。采用的内置式永磁电机如图7-3所示^[1]。

从普锐斯Ⅱ代到Ⅲ代，其电机及驱动系统参数和转矩—速度特性变化如图7-4所示。

图7-2 丰田Prius57kW永磁电机混合动力系统

a）丰田Prius逆变器 b）丰田Prius动力分流变速箱与发动机集成(www.xing528.com)

图7-3 丰田普锐斯第二代的内置式永磁电机

a）57kW内置式永磁电机 b）V形内置式永磁电机转子截面

图7-4a表明普锐斯Ⅲ代电机的转矩—速度特性虽然比Ⅱ代的转矩下降了48%，但电流降低了26%，直流电压由500V升高到650V，升高了30%，功率提高了20%，最高速度由6000rpm（r/min）上升到13200rpm提高了110%，因此使电机的功率特性提高，电机和逆变器的损耗降低了，普锐斯Ⅲ代比Ⅱ代燃油经济性提高了7%～14%^[2]。效率的分布在整个运行区域都在90%，最高效率从95%提高到96%。

图7-4 丰田普锐斯Ⅱ代、Ⅲ代电系统及效率分布的变化

a）丰田Prius Ⅱ代、Ⅲ代转矩—速度特性 b）丰田Prius Ⅱ代、Ⅲ代效率分布