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干货 | 驱动电机的选配原则
2019-01-20 23:48:29· 来源：汽车动力总成之家 作者：雷洪钧博士
中国新能源汽车明确纯电动驱动技术路线以后，驱动电机的选配设计就显得尤为重要了。下面就电动汽车驱动电机的选配原则予以探讨。一、驱动汽车的电机特性（1）驱
中国新能源汽车明确纯电动驱动技术路线以后，驱动电机的选配设计就显得尤为重要了。下面就电动汽车驱动电机的选配原则予以探讨。
一、驱动汽车的电机特性
（1）驱动电机转矩控制的动态性能要求较高，动态性能越好，电机技术水平越高；
（2）要求电机可以提供较高的转矩，通常来说要能够承受4-5倍的过载；
（3）驱动电机不仅要求保持较高的运行效率，同时要求调速范围尽量大；
（4）要求电机不仅驱动性能好，还要兼顾发电机的功能，且要求发电效率高。
（5）驱动电机必须要求到达汽车级，一般工业级电机是不能直接用于汽车的。
（6）电动汽车内部相对空间狭小，要求驱动电机重量轻、体积小。
二、约束驱动电机的主要指标
(1)加速能力(s)：电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间；
(2)最高时速(km/h)：电动汽车所能达到的最高时速。
(3)最大行驶里程(km)：电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程。
三、目前电动汽车常用驱动电机比较
1）直流电动机
①直流电动机外形图及内部结构（见图1、图2）
图1 直流电动机外形图
图2 直流电动机零部件图
②优点：电机技术较为成熟，有着控制方式容易，调速优良的特点。
③缺点：机械结构。如电刷和机械换向器等；瞬时过载能力不足；电机转速提高受到限制；在长时间工作时，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本；电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，浪费能量，散热困难，也会造成高频电磁干扰。
④基本趋势：直流电机，在调速电动机领域内有着最为广泛的应用，早期大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机。但是其缺点较为明显，长期无法克服，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。
2）交流异步电动机
①交流电动机外形图及内部结构（见图3、图4）
图3 交流电动机外形图
图4 交流电动机零部件图
②优点：定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机具有效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势。
③缺点：高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高。与永磁式电动机和开关磁阻电机相比，异步电机的效率和功率密度偏低，对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。
④基本趋势：交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，已经大规模化生产。目前不少电动汽车厂家选用交流异步电机作为启动电机，基本控制采用矢量控制的控制方式。在大型电动公交车上的应用上，交流异步电机生命力较强。
3）永磁式电动机
①永磁式电动机外形图及内部结构（见图5、图6）
图5永磁式电动机外形图及内部结构
图6永磁式电动机及控制器
②分类：永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型，一种是无刷直流电机，它具有矩形脉冲波电流；另一种是永磁同步电机，它具有正弦波电流。
③优点：冷却相对容易，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。
④缺点：永磁式电动机的功率范围较小，一般最大功率只有几十千瓦。永磁材料会产生磁性衰退的现象，容易发生损坏。而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。
⑤基本趋势：目前永磁电机在电动汽车里已经是主流电机。
4）开关磁阻电机
①开关磁阻电机外形图及内部结构（见图7）
图7开关磁阻电机外形图及内部结构
②优点：开关磁阻电机的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。
③缺点：开关磁阻电机作为一种新型电机，目前产品性能有待完善和提升。
④基本趋势：相比其他类型的驱动电机而言，它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。
⑤基本结论：作为电动汽车驱动电机使用，直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差，很容易发生机械和退磁的故障。开关磁阻电机应用到电动汽车是必然的趋势。
四、电动汽车驱动电机的选配原则
1）用技术成熟的，但是不能用技术淘汰的产品；
2）用最新技术的，但是性能要稳定的产品；
3）当下电动物流专用车原则上选用永磁同步电机；
4）电动车大客车原则上也选用永磁同步电机，不过选用采用矢量控制的控制方式交流异步电机，也是一种较好的方案。
五、基本结论
1）早期的直流电机基本淘汰了，即使无轨电车基本也不用了；
2）积极尝试采用开关磁阻电机，当下不宜批量采用；
3）当下电动物流专用车，不宜批量采用矢量控制的控制方式交流异步电机；
4）电动车大客车原则上，8米的客车建议用永磁同步电机，10米以上的电动客车，是采用矢量控制的控制方式的交流异步电机，还是采用永磁同步电机？有必要添加更多的参考因素，再做进一步的论证。
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