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新能源电动汽车驱动电机简介

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  • 发布时间:2017/2/28 16:50:52
  • 作者:ly_yinhe

  随着电动汽车行业的发展,各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场,大家在看车的时候,厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别,下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识,介绍各种电机在电动汽车应用特点。

什么是电机?

电机

  所谓电机,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时,电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下,机械能将被转化成电能,通过发电机来给电池回馈充电。

电动汽车应用驱动电机特点

  基于电动汽车的特点,对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速,电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg);为了增加1次充电行驶距离,电机应有较高的效率;而且电动汽车是变速工作的,所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低,但要求力矩较大;正常运行时需要的力矩较小,而速度很高。低速时为恒转矩特性,高速时为恒功率特性,且电动机的运行速度范围应该较宽。另外,电机还应具备坚固、可靠,有一定的防尘防水能力,且成本不能过高。

  目前,从现已成熟的电机技术来看,开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要,但尚未得到广泛应用;而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛;现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外,如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。

性能及类型 直流电机 异步电机 永磁同步电机 开关磁阻电机
转速范围/rpm 4000~6000 12000~20000 4000~10000 >15000
功率密度 较高
重量
体积
可靠性 一般
结构坚固性
控制器成本 一般

表:各种电动汽车驱动电机性能对比

直流电机为何没有得到应用

直流电机

  在电动汽车发展的早期,大部分电动汽车都采用直流电机作为驱动电机。直流电机技术较为成熟,具备控制方式容易,调速优良的特点,曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机机械结构复杂,导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制,而且在长时间工作的情况下,电机的机械结构会产生损耗,增加维护成本。此外,电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热,会造成高频电磁干扰,影响整车其他电器性能。由于直流电动机有着以上缺点,目前的电动汽车行业已经基本将直流电机淘汰。

永磁同步电机为何应用广泛

永磁同步电机

  在新能源汽车领域,永磁同步电机应用广泛。所谓永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。与其他类型的电机相比较,永磁同步电机的最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度,说白了,就是相比于其他种类的电机,在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。这也是在对空间与自重要求极高的新能源汽车行业,为什么永磁同步电机是广大汽车制造商首选的主要原因。

  但是,永磁同步电机也有自身的缺点,转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下,会产生磁性衰退的现象,所以在相对复杂的工作条件下,电机容易发生损坏。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。

异步电机为何成为特斯拉首选

异步电机

  相比于永磁同步电机,异步电机的优点是成本低,工艺简单、运行可靠耐用、维修方便,而且能忍受大幅度的工作温度变化。反之,温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。尽管在重量和体积方面,异步电动机并不占优势,但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速,即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求,至于重量对续航里程的影响,高能量密度的电池能够“掩盖”电机重量的劣势。此外,异步电机稳定性优秀也是被特斯拉选用的重要原因。

开关磁阻电机可能异军突起

开关磁阻电机

  开关磁阻电机作为一种新型电机,相比其他类型的驱动电机而言,它的结构最为简单,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。而且它具有直流调速系统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,业内人士预测开关磁阻电机将成为电动车领域的一匹黑马。