電動汽車的四種驅動電機比較

　　新能源 汽車具有環(huán)保、節(jié)約、簡單三大優(yōu)勢。在純 電動汽車上體現(xiàn)尤為明顯：以 電動機代替燃油機，由 電機驅動而無需自動變速箱。相對于自動變速箱，電機結構簡單、技術成熟、運行可靠，甚至被視為中國在新能源汽車行業(yè)實現(xiàn)汽車工業(yè)“彎道超車”的希望領域之一。新能源電動汽車主要是由電機驅動系統(tǒng)、電池系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)三部分構成，其中的電機驅動系統(tǒng)是直接將電能轉換為機械能的部分，決定了電動汽車的性能指標。因此，對于 驅動電機的選擇就尤為重要。

　　電動汽車的驅動電機要求有以下幾個特點：

　　寬廣的恒功率范圍，滿足汽車的變速性能

　　啟動扭矩大，調(diào)速能力強

　　效率高，高效區(qū)廣

　　瞬時功率大，過載能力強

　　功率密度大，體積小，重量輕

　　環(huán)境適應性高，適應惡劣環(huán)境

　　能量回饋效率高

　　根據(jù)驅動原理，電動汽車的驅動電機可分為以下4種：

　　1、直流電動機

　　在電動汽車發(fā)展的早期，很多電動汽車都是采用直流電動機方案。主要是看中了直流電機的產(chǎn)品成熟，控制方式容易，調(diào)速優(yōu)良的特點。但由于直流電動機本身的短板非常突出，其自身復雜的機械結構(電刷和機械換向器等)，制約了它的瞬時過載能力和電機轉速的進一步提高;而且在長時間工作的情況下，電機的機械結構會產(chǎn)生損耗，提高了維護成本。此外，電動機運轉時的電刷火花會使轉子發(fā)熱，浪費能量，散熱困難，還會造成高頻 電磁干擾，這些因素都會影響具體整車性能。

　　由于直流電動機的缺點非常突出，目前的電動汽車已經(jīng)將直流電機淘汰。

　　2、交流異步電動機

　　交流異步電機是目前工業(yè)中應用十分廣泛的一類電機，其特點是定、轉子由硅鋼片疊壓而成，兩端用鋁蓋 封裝，定、轉子之間沒有相互接觸的機械部件，結構簡單，運行可靠耐用，維修方便。交流異步電機與同功率的直流電動機相比效率更高，質(zhì)量約輕了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以獲得與直流電機相媲美的可控性和更寬的調(diào)速范圍。由于有著效率高、比功率較大、適合于高速運轉等優(yōu)勢，交流異步機是目前大功率電動汽車上應用最廣的電機。

　　但在高速運轉的情況下電機的轉子發(fā)熱嚴重，工作時要保證電機冷卻，同時異步電機的驅動、控制系統(tǒng)很復雜，電機本體的成本也偏高，另外運行時還需要變頻器提供額外的無功功率來建立磁場，故相與永磁電機和開關磁阻電機相比，異步電機的效率和功率密度偏低，不是能效最優(yōu)化的選擇。

　　異步電動機應用的較多的地區(qū)是美國，這也被人為是和路況有關。在美國，高速公路已經(jīng)具有一定的規(guī)模，除了大城市外，汽車一般以一定的高速持續(xù)行駛，所以能夠讓高速運轉而且在高速時有較高效率的異步電動機得到廣泛應用。

　　3、交流異步電動機

　　永磁式電動機根據(jù)定子繞組的電流波形的不同可分為兩種類型，一種是無刷直流電機，它具有矩形脈沖波電流;另一種是永磁同步電機，它具有正弦波電流。這兩種電機在結構和工作原理上大體相同，轉子都是永磁體，減少了勵磁所帶來的損耗，定子上安裝有繞組通過交流電來產(chǎn)生轉矩，所以冷卻相對容易。由于這類電機不需要安裝電刷和機械換向結構，工作時不會產(chǎn)生換向火花，運行安全可靠，維修方便，能量利用率較高。

　　永磁式電動機的控制系統(tǒng)相比于交流異步電機的控制系統(tǒng)來說更加簡單。但是由于受到永磁材料本身的限制，在高溫、震動和過流的條件下，轉子的永磁體會產(chǎn)生退磁現(xiàn)象，所以在相對復雜的工作條件下，永磁式電機容易發(fā)生損壞，故這一塊還有待繼續(xù)發(fā)展改善。

　　而且永磁材料價格較高，因此整個電機及其控制系統(tǒng)成本較高，目前只有稀土資源豐富的中國比較傾向于使用永磁電機的電動汽車驅動方案。像日本、歐洲，要么是使用輕稀土的永磁材料做永磁電機，要么是直接改用無需稀土材料，但對控制器設計要求更高的開關磁阻電機。

　　4、開關磁阻電機

　　開關磁阻電機作為一種新型電機，相比其他類型的驅動電機而言，開關磁阻電機的結構最為簡單，定、轉子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結構，轉子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結構簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點。而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動汽車的驅動電機使用。

　　但開關磁阻電機有轉矩波動大、需要位置檢測器、系統(tǒng)非線性特性，磁場為跳躍性旋轉，控制系統(tǒng)復雜;對直流 電源會產(chǎn)生很大的 脈沖電流等缺點。另外開關磁阻電動機為雙凸極結構，不可避免地存在轉矩波動，噪聲是開關磁阻電動機最主要的缺點。

　　但近年來的研究表明，采用合理的設計、制造和控制技術，開關磁阻電動機的噪聲完全可以得到良好的抑制。像目前日本對開關磁阻電機的研究比較深入，日本電產(chǎn)的開關磁阻電機也廣泛應用于電動汽車、家電等各類行業(yè)中。目前中國國內(nèi)也漸漸有廠家關注這塊電動汽車驅動電機的未來發(fā)展方向

　　打造高效的新能源汽車驅動電機

　　致遠電子基于對電機及電動汽車行業(yè)的深入探索和長久積累，成功在MPT系列電機測試系統(tǒng)上整合面向新能源汽車的特殊測試項目——MAP圖和再生能量回饋試驗，為廣大電動汽車電機設計者提供優(yōu)秀的測試解決方案。

　　1、MAP圖

　　根據(jù)GB/T 18488-2015電動汽車用驅動電機系統(tǒng)試驗標準，需要對新能源汽車驅動電機進行MAP圖測試，獲取該電機的效率特性和高效區(qū)分布情況。MAP圖實際測試結果如下圖:

　　圖中橫軸為轉速，縱軸為轉矩，顏色表示對于的效率，它代表了電機在不同的工作區(qū)域(轉速，轉矩)下的效率特性分布情況，其中橙紅色部分就是電機的高效區(qū)。高效區(qū)分布越廣，代表該電機在各類工況下運行時越省電。

　　致遠電子MPT電機測試系統(tǒng)內(nèi)置MAP自動化測試功能，可以根據(jù)用戶預先設置的加載情況，自動控制負載和被試電機進行對應的工況加載，獲取不同工況下的效率，最終把海量的測試數(shù)據(jù)整合成一張MAP圖，直觀地為用戶分析電機的效率特性和高效區(qū)分布情況。

　　2、再生能量回饋試驗

　　同樣根據(jù)GB/T 18488-2015電動汽車用驅動電機系統(tǒng)試驗標準，還需要對新能源汽車驅動電機進行再生能量回饋試驗。該試驗目的是考量驅動電機在制動時，即運行在發(fā)電機狀態(tài)時，能否正常實現(xiàn)電能的回饋，同時評估電機的真實能耗情況。

　　針對驅動電機的再生能量回饋試驗，致遠電機MPT電機測試系統(tǒng)可靈活利用內(nèi)置MDA電機與驅動器分析儀的積分功能，對電機控制器的輸入端進行實時積分，精確捕捉該電機在制動時回饋的能量值。

　　同時針對電機控制器和動力電池之間直流充放電特性，致遠電機特殊設計充放電積分功能，可對電機控制器輸入端的電信號進行采樣率周期實時積分，即使電機快速在電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)之間切換，也可以捕捉到一段時間內(nèi)電機和動力電池之間的能量傳輸情況。