摘要

驅(qū)動電機系統(tǒng)是電動汽車三大核心系統(tǒng)之一，是車輛行駛的主要驅(qū)動系統(tǒng)，其特性決定了車輛的主要性能指標，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和用戶駕乘感受。

電動汽車有不同的傳動系統(tǒng)可供選擇，電動機的放置，對車輛的動力輸送和車輛用途起著非常重要的作用。電動汽車可以有多種不同的配置，比如單電機、雙電機、三電機或每個車輪一個單獨的電機，在詳細介紹這些電動機配置之前，讓我們先了解一下電動機在電動汽車中的工作原理。

電動機的工作原理

電動汽車發(fā)動機的工作原理，是一種物理過程，即利用電流在稱為定子的固定部件上產(chǎn)生磁場，帶動稱為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)部件運動電能，由于馬達相連的電池提供給定子由導線制成的線圈，分別布置在定子或定子的兩側(cè)，在某種程度上起到磁鐵的作用。因此，當汽車電池的電能供應(yīng)給電機時線圈會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動汽車齒輪所需的機械能從而轉(zhuǎn)動輪胎，這就是電動機的簡單工作原理，下面我們來介紹不同的電動機類型以及他們的作用。

各類新能源電機優(yōu)劣對比

根據(jù)電機的工作原理和結(jié)構(gòu)有多種分類，按電機的驅(qū)動電流的類型來劃分，主要的電機分類如下圖所示。

驅(qū)動電機分類

純電動汽車經(jīng)常采用的驅(qū)動電機有直流電機、異步電機、永磁同步電機和開關(guān)磁阻電機四類。電動汽車常用的四種驅(qū)動電機性能比較見下表。

常用驅(qū)動電機性能比較表

直流電動機

直流電機分為有刷直流電機與無刷直流電機；

無刷直流一種最簡單的直流電動機，是使用電刷通過機械換向?qū)㈦娏鱾鬏數(shù)綋Q向器，電樞是一個電磁鐵磁場，磁體是永久磁體。它的優(yōu)點是能夠在低速時提供最大扭矩，但是它的缺點也很突出：結(jié)構(gòu)笨重、電刷效率低、工作時會產(chǎn)生較多熱量，因此，電動汽車中很少使用有刷直流電動機。

有刷直流電動機是一種帶有永磁體的，它被稱為無刷是因為它沒有換向器和電刷裝置，它具有牽引特性，如高啟動扭矩：高效率約95%至98%；并且采用高功率密度設(shè)計方法，適用于最大功率為60千瓦的小型汽車。缺點是恒定功率范圍短，隨著速度的增加而扭矩減少、用磁體成本高。

異步電機

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合電路的一部分導體在磁場里切割磁感線的運動時，導體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動勢成為感應(yīng)電動勢。在交流異步電機中，電動機作為發(fā)電機時，定子中的通入三相電流為激磁電流，提供磁場，轉(zhuǎn)子上繞組提供導體，當通過外部機械力，比如汽車驅(qū)動軸帶動轉(zhuǎn)子軸，從而帶動轉(zhuǎn)子運動時，如果轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速高于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，此時交流異步電機即為發(fā)電機，轉(zhuǎn)子此時切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與作為驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子工作時相反，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的方向也相反。在發(fā)電過程中，電機轉(zhuǎn)子受到與外力拖動相反的電磁阻力矩，使轉(zhuǎn)子速度下降。

交流異步電機的優(yōu)點是輸出扭矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整，能在加速或者爬坡時短時間內(nèi)強制提高輸出扭矩，缺點是電機由于單邊勵磁，啟動電流較大，產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)矩需要的電流較大，而且定子中存在無功勵磁電流，因此能耗比永磁同步電機大，功率因數(shù)滯后；重載驅(qū)動時常出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)相對復雜，其控制技術(shù)要求高，制造成本高；功率密度相對低。目前，美國研制的電驅(qū)動汽車多采用交流異步電機作為驅(qū)動電機。

永磁同步電動機

永磁同步電機是將永久磁鐵取代他勵同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組，將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，形成同步旋轉(zhuǎn)的磁極。

它像無刷直流電動機一樣有永磁體，具有高功率密度高效率等牽引特性，可用于更高的額定功率，與其他電動機相比，它也很昂貴。它的優(yōu)點是：可以在不同的速度范圍內(nèi)運行而不需要使用齒輪系統(tǒng)的輔助，即使低速行駛它也有很高的扭矩。缺點是在高速運行期間電動機的損傷會很大。

工作原理：啟動和運行是由定子繞組、轉(zhuǎn)子鼠籠繞組和永磁體這三者產(chǎn)生的磁場的相互作用而形成。

開關(guān)磁阻電機

開關(guān)磁阻電動機是一種典型的機電一體化電動機，又稱“開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)”，這種電動機主要包括開關(guān)磁阻電動機本體、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置傳感器及控制器四部分。開關(guān)磁阻電動機本體主要結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器、前后軸承、前后端蓋和電機殼體等。其中，定子包括定子鐵心和繞組。定子鐵心和轉(zhuǎn)子都采用凸極結(jié)構(gòu)，定子凸極鐵心和轉(zhuǎn)子都由硅鋼片疊加而成，定子凸極上布置繞組，轉(zhuǎn)子無繞組和永磁體。

它是雙凸度可變磁阻電動機的一種，簡單而堅固的結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)子是一個單一的層壓鋼沒有繞組或永久磁鐵，這降低了行車時的慣性，有助于加速。它的堅固性使其更加適合運用在高速上，它還提供了高功率密度，這也是電動汽車的一些基本特征。開關(guān)磁阻電動機最大的缺點是：控制復雜、開關(guān)電路增加以及噪音問題。

結(jié)語

根據(jù)新能源汽車驅(qū)動電機自身的性能特點要求，目前市場上車型選用的驅(qū)動電機也各有不同。

而且，由于每種電機的結(jié)構(gòu)和原理不同，應(yīng)用范圍也大不相同。根據(jù)國家的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃，圍繞環(huán)保型新能源汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)方向進行的研究將會越來越廣泛，電機種類和技術(shù)水平也會不斷提高。

審核編輯：湯梓紅