電動(dòng)汽車用電機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)

電動(dòng)汽車用電機(jī)的國(guó)內(nèi)外

發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)

目錄1.電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求2.電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的種類和控制方法2.1有刷直流電動(dòng)機(jī)2.2永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)2.3交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)3.電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀4.電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)引言驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在新能源汽車中，一般情況下是電機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)并在電機(jī)控制器的控制下，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。其中，在純電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車中，電機(jī)作為純驅(qū)動(dòng)裝置；在串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車中，電機(jī)作為主要?jiǎng)恿ρb置；在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車中，電機(jī)作為輔助動(dòng)力裝置。新能源汽車與普通燃油汽車的最重要區(qū)別就在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求

（1）電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為3～4，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。（2）電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。（3）電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的。（4）電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)：組成：結(jié)構(gòu)形式：傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的種類和控制方法

2.1有刷直流電動(dòng)機(jī)

主要優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車上仍使用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

缺點(diǎn)：存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過(guò)載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。

在新研制的電動(dòng)汽車上已基本不采用直流電動(dòng)機(jī)。2.2永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)點(diǎn)：它是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足：受永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。

永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。2.3交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動(dòng)機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒(méi)有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到12000～15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的不足：交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的耗電量較大，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要保證對(duì)交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的冷卻，否則會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)。

交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身，增加了電動(dòng)汽車的成本。并且調(diào)速性也較差。2.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：它是一種新型電動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動(dòng)機(jī)都要簡(jiǎn)單，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組的端部較短，沒(méi)有相間跨接線，維護(hù)修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min。效率可達(dá)85%～93%呢，比交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要高。

損耗主要在定子，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子元永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的不足：控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。

但近年來(lái)的研究表明，采用合理的設(shè)計(jì)、制造和控制技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大，所以在直流母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性比較3.電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀電動(dòng)乘用車方面，我國(guó)目前主要應(yīng)用的是永磁無(wú)刷電機(jī)及交流異步電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻式電機(jī)在乘用車方面還沒(méi)有應(yīng)用，永磁及異步電機(jī)目前技術(shù)都已經(jīng)很成熟，也具有批量配套的能力，但是國(guó)內(nèi)目前的電動(dòng)汽車市場(chǎng)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，只是處于小批量試制及實(shí)驗(yàn)階段，因此國(guó)內(nèi)的車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)也是小批量生產(chǎn)的水平，包括上述的各種類型電機(jī)以及風(fēng)冷、水冷等冷卻形式，涵蓋5KW-180KW功率范圍?，F(xiàn)我國(guó)主要電動(dòng)乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)電機(jī)類型一覽表：部分國(guó)內(nèi)電機(jī)廠商為電動(dòng)車生產(chǎn)商供應(yīng)情況湖南南車時(shí)代電機(jī)類型及配套廠商大連天元電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商襄樊特種電機(jī)電機(jī)類型及配套廠商上海南洋電機(jī)配套廠商及配套車型四川東風(fēng)電機(jī)廠產(chǎn)品類型及配套廠商江門電機(jī)

目前，江門電機(jī)主要電動(dòng)機(jī)客戶只有上海申沃客車一家，申沃混合動(dòng)力的SWB6116HB型客車是用的江門電機(jī)產(chǎn)品，該型號(hào)的客車還采用了上海御能動(dòng)力（即上海大郡）生產(chǎn)的電機(jī)系統(tǒng)。4.電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)新能源汽車的發(fā)展，純電動(dòng)汽車所用電機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)成為重點(diǎn)銷售方向，雖然很多國(guó)內(nèi)企業(yè)都宣稱自己擁有全產(chǎn)業(yè)鏈的科研實(shí)力，但是真正好的電機(jī)一定是需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累，然后才能試制、測(cè)試，最終才能走向批量生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)真正有實(shí)力做新能源電機(jī)的整車企業(yè)很少，尤其是在乘用車領(lǐng)域，在各企業(yè)大力宣揚(yáng)擁有核心自主的背景下，大家都不愿對(duì)外展示作為新能源汽車核心部件之一的電機(jī)環(huán)節(jié)仍處于受制于人的境況。新能源汽車所用電機(jī)分為異步電機(jī)和永磁電機(jī)兩種，前者主要用于公交、客運(yùn)等商用車，而后者主要用于乘用車。

由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，也無(wú)電刷，沒(méi)有磁感應(yīng)，功率轉(zhuǎn)換效率低，構(gòu)造也簡(jiǎn)單，價(jià)格也比較便宜，主要應(yīng)用于大型客車;

永磁電機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有繞組，有電刷向轉(zhuǎn)子供電，功率轉(zhuǎn)換效率大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格也貴，主要用于對(duì)轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)厲的環(huán)境，比如純電動(dòng)乘用車。在此過(guò)程中很多電機(jī)配套企業(yè)都是急忙上馬，將傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)改進(jìn)，當(dāng)作新能源汽車電機(jī)提供給整車廠。但在國(guó)外，生產(chǎn)新能源汽車電機(jī)存在著多項(xiàng)嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)。電動(dòng)汽車生產(chǎn)現(xiàn)狀對(duì)電機(jī)生產(chǎn)商的要求：新能源汽車，尤其是純電動(dòng)汽車在爬坡、下坡、平坦路面、顛簸路面等不同路況行駛時(shí)，電機(jī)的輸出功率不一樣。國(guó)內(nèi)很多電機(jī)廠僅僅是在傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上稍加改進(jìn)，完全沒(méi)有考慮到新能源汽車電機(jī)的使用環(huán)境，會(huì)大大縮短使用壽命，且易造成局部過(guò)熱、線路短路等危險(xiǎn)情況。既然都意識(shí)到電動(dòng)汽車電機(jī)今后將有廣闊的市場(chǎng)，何不嚴(yán)格的從電機(jī)的研發(fā)、試驗(yàn)、投產(chǎn)進(jìn)行把控，盡早進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，“靜下心來(lái)”從零做起，真正形成電動(dòng)汽車電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，以健全的姿態(tài)面對(duì)觸手可得的機(jī)遇。中國(guó)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器供應(yīng)模式目前車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)尚需提高的地方：（1）全運(yùn)行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制精度，效率最優(yōu)化；（2）系統(tǒng)可靠性及耐久性尚未得到充分驗(yàn)證，和汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求還有一定差距；（3）動(dòng)力總成裝置的集成度不高,機(jī)電一體化不夠；（4）關(guān)鍵材料（如高性能硅鋼片，絕緣材料）和關(guān)鍵元器件（如IGBT模塊，CPU芯片）仍依靠進(jìn)口，限制了選擇余