《新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展概況與趨勢》7100字

新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展概況與趨勢目錄TOC\o"1-2"\h\u12137緒論 217934第一章新能源汽車驅(qū)動電機 2252381.1概述 2193351.1.1驅(qū)動電機定義 2300231.1.2新能源汽車驅(qū)動電機的運行模式 210691（1）電動模式 26344（2）發(fā)電模式 23161.1.3新能源汽車驅(qū)動電機和工業(yè)電機的區(qū)別 222152第二章驅(qū)動電機的類型 3238302.1驅(qū)動電機的分類 324262（1）直流電動機的工作原理和基本構(gòu)造 324476（2）直流電動機的特點及工作特性 314744（3）直流電機在新能源汽車上的應(yīng)用 329702.2永磁電動機 4218622.2.1永磁電動機的分類和特點 422904（2）永磁同步電機 41554（3）永磁同步電機在新能源汽車上的應(yīng)用 5323262.3開關(guān)磁阻電機 5251712.3.1開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)和工作原理 5153892.3.2開關(guān)磁阻電機優(yōu)、缺點 664292.3.3開關(guān)磁阻電機在汽車上應(yīng)用 637042.4輪轂電機 7263712.4.1輪轂電機的結(jié)構(gòu)和原理 7231622.4.2輪轂電機的驅(qū)動方式 7214992.4.3輪轂電機在汽車上的應(yīng)用 719001第三章驅(qū)動電機日常保養(yǎng)與案例分析 8255783.1驅(qū)動電機的保養(yǎng) 8295733.2典型故障案例分析 830943第四章總結(jié)與展望 9117154.1全文總結(jié) 9235344.2對新能源汽車未來的展望 922490參考文獻 10摘要對目前的汽車市場來講，全球所有的汽車行業(yè)都開始向新能源汽車發(fā)展，所以新能源行業(yè)已經(jīng)到了飛速發(fā)展的時期。而作為新能源車的心臟的驅(qū)動電機也得到了發(fā)展，本篇文章就是探討新能源車所使用各種驅(qū)動電機，在熟悉驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)和原理后能夠?qū)︱?qū)動電機進行日常保養(yǎng)和對具體車型的電機故障進行分析。關(guān)鍵詞：新能源汽車；驅(qū)動電機；電機故障分析緒論當今社會環(huán)境污染、能源枯竭形勢日夜嚴峻，新能源汽車已經(jīng)成為了當前汽車行業(yè)發(fā)展的一個大趨勢。要做好新能源汽車的核心之一在于電機驅(qū)動技術(shù)，本文主要的分析對象是新能源汽車的電動機技術(shù)。本篇文章分為三個章節(jié)，第一章主要對新能源汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)的組成、運行模式、主要參數(shù)、與工業(yè)電機相比較進行了簡單的概括。第二章主要對直流電機、輪轂電機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)和形勢進行了比較全面的介紹，并分析這種電機的優(yōu)點和缺點，以及在新能源汽車上的應(yīng)用。第一章新能源汽車驅(qū)動電機1.1概述1.1.1驅(qū)動電機定義驅(qū)動電機是一種專門用于驅(qū)動新能源汽車行動的電機，是新能源汽車的心臟。1.1.2新能源汽車驅(qū)動電機的運行模式驅(qū)動電機有兩種運行模式，一種電動模式，一種是發(fā)電模式。（1）電動模式當車處于電動模式時，電機會將蓄電池輸送過來的電能轉(zhuǎn)化為機械能，使汽車行動起來。（2）發(fā)電模式在車輛下坡或者減速剎車時，車輛帶動電機，電機輸出電流，電流經(jīng)過逆變器后輸出直流電給蓄電池充電。1.1.3新能源汽車驅(qū)動電機和工業(yè)電機的區(qū)別作為新能源汽車來講，它的驅(qū)動電機和工業(yè)上的電機有很大的不同。一般的工業(yè)電機有額定的工作點，但是汽車的驅(qū)動電機，卻會經(jīng)常加速、減速、倒車、停車。在爬坡和低速狀態(tài)時，需要較高的扭矩。高速時要小轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動電機在新能源汽車上必須具有：較高的可控性、很高的精度、優(yōu)異的性能；而工業(yè)上所使用的電機只須要達到特定的要求就可以了第二章驅(qū)動電機的類型2.1驅(qū)動電機的分類2.1.2直流電動機（1）直流電動機的工作原理和基本構(gòu)造對于直流電機，它構(gòu)成的元器件有：定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷、電樞和勵磁兩種電路。定子這種勵磁電路是使用勵磁纏繞產(chǎn)生的磁場，轉(zhuǎn)子這種電路是用來安裝電樞繞組的，因為電流是雙向的，所以要用轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)切換。直流電動機的工作原理，一個簡單的單匝電樞線圈組成電樞電路，電樞線圈通過一個換向器和一對電刷與直流電相連接。換向器用來保持外來的電流方向不變，是切換電樞線圈里的電流方向來實現(xiàn)的；電刷是導(dǎo)通旋轉(zhuǎn)的換向器和直流電源之間的電路（2）直流電動機的特點及工作特性直流電動機具有以下特點：1）電樞軸應(yīng)加長，能快速檢查推力軸接頭和更好的裝備脈沖發(fā)生器，2）轉(zhuǎn)子小，軸長，適應(yīng)了高速旋轉(zhuǎn)。3）為了增強散熱性，增加了較多的散熱槽直流電機融合了兩種電機的優(yōu)點，一是串勵電機的軟機械特點，還有他勵電機的硬機械特點。（3）直流電機在新能源汽車上的應(yīng)用最初造出來的電動車大部分都采用直流驅(qū)動電機，哪怕是到了現(xiàn)在，直流電機也沒有被淘汰，仍然有部分新能源車在使用驅(qū)動電機。但由于存在一些設(shè)計上的缺陷，這些缺陷會對電機運轉(zhuǎn)速度、負載能力進行限制，長時間還會對電刷和換向器造成不可逆的磨損。需要在一段時間以后進行更換。還有，磨損一般會出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子，對散熱有了很大影響，對轉(zhuǎn)矩的提高有了限制。毫無疑問，在電機這一塊，直流電機經(jīng)過這么多年的發(fā)展，它的技術(shù)已經(jīng)非常完善和發(fā)達了。新能源汽車中直流電機驅(qū)動具有技術(shù)成熟和控制簡單的明確優(yōu)勢。然而，隨著對電機性能要求的提高，例如:效率要高、功率密度高、免維護運行等不斷增長的要求，直流電機驅(qū)動對于新能源汽車不再具有吸引力。一些直流電機驅(qū)動，如在現(xiàn)代一些迷你車型仍然使用他勵直流電機，隨著交流電機驅(qū)動技術(shù)的不斷完善，在不久的將來，直流電機驅(qū)動在電動汽車中的應(yīng)用將被交流或無刷直流電機驅(qū)動所取代。2.2永磁電動機2.2.1永磁電動機的分類和特點（1）永磁電動機的種類及特點永磁驅(qū)動電動機有多種分類方法，通過輸入電流不同分類，有直接電機，交流電機兩種。這種分類通俗易懂，在永磁交流電機里，沒有電刷、集電環(huán)或者換向器，所以也可以較無刷電機。通過電機輸入電流不同的交流波形，永磁無刷電機又有兩種，即同步和無刷直流，永磁同步電機輸入的電流是或接近正弦波，呈交流波形的是永磁無刷直流電機。永磁無刷電機功率大的原因，主要是電機本身磁場和相互作用力大于電流的正弦波，但是換向電流出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩脈動也很大。永磁混動式是一種新的永磁電動機，運用于新能源汽車驅(qū)動，這種發(fā)動機的特點是它不僅有一個能長時間保持磁性的物體，而且有一個勵磁繞組。通常在轉(zhuǎn)子中加入能保持磁性的物體，將其固定在定子上。并且不含任何特別的控制方法，它控制磁通的方法就是改變直流磁電流，從而就有比別的永磁電機更大的轉(zhuǎn)速區(qū)間，尤其在高速區(qū)，完美實現(xiàn)汽車對電動機功率的需求。這種電動機內(nèi)部不同于其他電動機，所以它被劃分為另一類永磁無刷電動機。現(xiàn)在我們常見的永磁電機都是直流電機，和不具備電刷、換向器的無刷驅(qū)動電機。對于永磁同步電機來說，它的性能最主要是受永磁材料的影響。永磁材料可以分為三類，反磁、順磁和鐵磁材料三種。（2）永磁同步電機到現(xiàn)在來講，永磁同步電機的技術(shù)優(yōu)勢是最大的，所以變成了主流。世界上沒有絕對的東西。異步發(fā)動機雖然在質(zhì)量和尺寸上沒有優(yōu)勢，轉(zhuǎn)速的區(qū)間大，使用方便，簡單、耐用、可靠、成本低。由于重量影響了電車的續(xù)航，在以后如果電池的技術(shù)得到大幅提高，加上異步發(fā)動機進行更好的升級，一定會影響永磁同步電機的地位。永磁同步電機的操作性是目前最好的，響應(yīng)速度要比異步電動機快很多?？梢哉f直流無刷電機和永磁同步電機的差別不大，但后者轉(zhuǎn)矩控制精度差。（3）永磁同步電機在新能源汽車上的應(yīng)用永磁無刷發(fā)動機中，同步和有刷兩種電機優(yōu)點各不相同，不過永磁同步電機的技術(shù)更先進。它的傳動效率更優(yōu)秀、轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)勢，而永磁無刷直流電機的功率密度大、轉(zhuǎn)矩密度大等優(yōu)勢?？梢灶A(yù)期的是，上述兩種電機驅(qū)動在電動汽車市場上將不分伯仲。永磁無刷電機驅(qū)動的發(fā)展高度依賴永磁材料。近年來，鑒于永磁材料具有成本高、供應(yīng)匱乏和熱穩(wěn)定性差等問題，永磁無刷電機的發(fā)展速度勢必會受到削弱，從而開辟了兩個電動汽車電機嶄新的研究和發(fā)展方向：定子永磁型電機和先進無永磁型電機。然而，永磁無刷電機的發(fā)展仍會進一步延伸到雙定子拓撲，以滿電動汽車高轉(zhuǎn)矩密度的需要；或轉(zhuǎn)子拓撲，以實現(xiàn)混合電動汽車的功率分配。永磁同步電機已經(jīng)時常用在新能源汽車領(lǐng)域里，它里面的永磁體，就是把永磁材料放入生產(chǎn)的發(fā)動機里，以進一步提高發(fā)動機性能。當轉(zhuǎn)子運動的速度和定子繞組的頻率一樣的時候就叫做永磁同步。所以想要控制汽車的速度，可以通過觀察發(fā)動機現(xiàn)階段輸入頻率。和別的電動機相比，在相同大小和重量的電動機里，永磁同步電機的功率和加速能力最大，這就導(dǎo)致如今新能源車企對于驅(qū)動體積和功率要求如此嚴格的時候會選擇永磁同步電機。而且永磁同步電機的結(jié)構(gòu)和直流電機很相似，所以也同時具備了耐用、動力好、內(nèi)部構(gòu)造簡單、調(diào)速性好的優(yōu)點，而且，它的驅(qū)動方式和直流電機不一樣，所以在噪聲和控制方面均優(yōu)于直流電機。轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、振動、超載等使用環(huán)境下，磁會衰減，所以惡劣的使用會讓其容易壞掉，由于使用成本過高的永磁材料，導(dǎo)致了電機的都投入過大。2.3開關(guān)磁阻電機2.3.1開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)和工作原理對于開關(guān)電阻類型發(fā)動機來講，作為全新的調(diào)速發(fā)動機，具備了直流和交流兩種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，是無刷連續(xù)和變頻兩種調(diào)速系統(tǒng)的總結(jié)，到目前為止最先進的無級的調(diào)速系統(tǒng)。它的內(nèi)部構(gòu)造簡單，使用場景廣，性能好，在使用過程中具有非常好的可靠和高效性。它的內(nèi)部構(gòu)造主要有4個方面組成，開關(guān)磁阻電機、控制器、功率變換器和位置檢測器。開關(guān)磁阻發(fā)動機系統(tǒng)切換結(jié)合了感應(yīng)發(fā)動機驅(qū)動系統(tǒng)和直流電驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點，是這些驅(qū)動系統(tǒng)的有力競爭對手。2.3.2開關(guān)磁阻電機優(yōu)、缺點1、開關(guān)磁阻電動機的利用系數(shù)比較大2、電動機的構(gòu)造部件少，它的特點是成本低、穩(wěn)定可靠、制造簡單、維修方便。4、開關(guān)磁阻發(fā)動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有有限的轉(zhuǎn)速限制，因此可以在高速發(fā)動機上實現(xiàn)。此外，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩小，電流為擺振時相位轉(zhuǎn)矩的大小和方向可以隨時改變，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)。5、SR開關(guān)磁阻電機，有著特殊的內(nèi)部構(gòu)造、控制能力和設(shè)計手段，有些比肩感應(yīng)電機的單元處理能力，或者更優(yōu)秀。開關(guān)磁阻電機有著高水平的規(guī)定區(qū)間的速度和負載范圍的效率和功率。開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要缺點是：1、有轉(zhuǎn)矩脈動。2、SR電動機的噪音與震動比一般電動機大。3、SR電動機的線頭較多。2.3.3開關(guān)磁阻電機在汽車上應(yīng)用一百多年以來，開關(guān)磁阻電機不斷的發(fā)展，人們對開關(guān)磁阻電機的關(guān)注也起起伏伏。列如：在19世紀80年代，開關(guān)磁阻電機由于其結(jié)構(gòu)牢固、控制簡單、免維護等這些原因得到了極大的發(fā)展；20世紀90年代則因為開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩密度低、轉(zhuǎn)矩脈動大和有噪音等問題，受到了永磁無刷電機的強烈沖擊。從10年前開始，人們對開關(guān)磁阻電機驅(qū)動重燃興趣，尤其對于比較關(guān)注制造成本和可靠性的新能源汽車行業(yè)極具吸引力。由于永磁電機所需的稀土材料短缺且價格高昂，開關(guān)磁阻電機的吸引力顯著增加，被認為是在電動汽車驅(qū)動領(lǐng)域最有希望與永磁無刷電機相競爭的驅(qū)動系統(tǒng)。因此，許多高校、研究所以還有新能源汽車企業(yè)都在積極開發(fā)開關(guān)磁阻電機在新能源汽車中的應(yīng)用技術(shù)。利用先進的計算機和精密的控制策略，開關(guān)磁阻電機的大部分缺點(如轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲等)被克服或減弱，轉(zhuǎn)矩和功率密度也得到提升，在某些方面甚至超過了感應(yīng)電機。總之，開關(guān)磁阻電機的技術(shù)已經(jīng)成熟。所以，近幾年來，部分專門為電動汽車的推進而設(shè)計的開關(guān)磁阻電機已經(jīng)商業(yè)化使用。同時，一些開關(guān)磁阻電機在新能源汽車中實際應(yīng)用也越來越多了?？梢韵氲皆诓痪玫膶?，越來越多的新能源汽車企業(yè)會采用開關(guān)磁阻電機來作為驅(qū)動電機。2.4輪轂電機2.4.1輪轂電機的結(jié)構(gòu)和原理輪轂電機這種技術(shù)又叫做車輪集成技術(shù)，就是把所有的部件，包括傳動、制動、電機都放進輪轂里，讓汽車的機械部分極大減少。輪轂電機不是最近才出現(xiàn)的，早在20世紀，就有汽車使用輪轂電機了，在1970年左右，礦物運輸車就開始使用輪轂電機了，但輪轂電機被家庭用車使用的歷史，日本汽車企業(yè)研究的比較早，技術(shù)相對來說也比較先進。其中豐田通用等汽車國際巨頭對其進行研發(fā)。輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式按照轉(zhuǎn)子形式有內(nèi)外兩種轉(zhuǎn)子式，使用低速外轉(zhuǎn)子電機的外轉(zhuǎn)子式，電機的最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min，由于沒有減速的裝置，所以車輪和電機連在一起，轉(zhuǎn)速相同。但是使用了高轉(zhuǎn)速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子式，有了特定傳動比的減速器，同時想要得到很高的功率，電機的轉(zhuǎn)速可高達10000r/min。由于行星齒輪減速器越來越緊湊，所以在電動機的功率方面，內(nèi)轉(zhuǎn)子式的輪轂電機更優(yōu)于外轉(zhuǎn)子式。2.4.2輪轂電機的驅(qū)動方式輪轂電動機使用時可分為減速驅(qū)動和直接驅(qū)動兩種驅(qū)動方式。使用減速驅(qū)動這種方式，對于經(jīng)常在高速狀態(tài)行駛下的電動機，可以選擇的電動機是高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式。在車輪與電動機中間放置減速裝置，可以用來簡述和增大轉(zhuǎn)矩，簡述驅(qū)動方式的優(yōu)點：高速運轉(zhuǎn)時具有較高的運行效率，因為扭矩大，爬坡性能良好，同時低速時也有很好的扭矩。缺點就是：不好對齒輪間進行用法導(dǎo)致了磨損嚴重，從而使用時間短，使用時聲音很大，散熱性能差。這種驅(qū)動的方式比較適合在偏遠山區(qū)或者是丘陵地方，可以滿足強大的裝載能力和公交車的經(jīng)常啟動停車。如果是直接驅(qū)動的這種方式，大部分都會使用，轉(zhuǎn)子是電動機。因為在汽車起步的時候需要強大的扭矩支持。直接驅(qū)動好處是：因為沒有了減速機構(gòu)，所以整個驅(qū)動裝置變得簡單、尺寸小，而且很緊湊，這個時候的響應(yīng)速度和效率都會提高。他的缺點就是：需要大扭矩的時候必須有大電流支持，會對電池造成不可逆的損傷，他的峰值扭矩區(qū)域很窄。所以比較適合平原或者是載重小的需求。2.4.3輪轂電機在汽車上的應(yīng)用這些年來，國外的輪轂電機基本上有在兩個地方：一、輪胎生產(chǎn)廠家和汽車零部件生產(chǎn)廠家共同研究生產(chǎn)的集成模塊電動系統(tǒng)，二、新能源車企和生產(chǎn)輪轂電機的廠家一起研發(fā)新的新能源電動車。在中國，絕大部分研究輪轂電機的都是大學(xué)，都是為了研發(fā)新能源汽車。到目前，有研發(fā)能力的新能源汽車廠商也推出了自己的輪轂電機產(chǎn)品，在我國，有的廠商可以生產(chǎn)出新能源汽車，但對于輪轂電機沒有相應(yīng)的技術(shù)，特別是高轉(zhuǎn)速的輪轂電機，和同時期的外國產(chǎn)品差距很大，所以對我們國家的新能源車企來說，應(yīng)該加大對這方面的投入，才能提高競爭，減少與發(fā)達國家的水平差距，從而使我國的輪轂電機達到世界先進水平。第三章驅(qū)動電機日常保養(yǎng)與案例分析3.1驅(qū)動電機的保養(yǎng)眾所周知，想要某種機械運轉(zhuǎn)的壽命延長，那么在日常使用中就要好好的愛護。在使用一段時間以后就要對其進行維護和保養(yǎng)，驅(qū)動電機也不例外。檢查驅(qū)動電機電刷、換向器的磨損程度。一般電刷磨損到距離引線4～5mm時應(yīng)更換，換向器表面深度大于0.5mm時應(yīng)更換。對于正常使用的電機，不管其磨損程度如何，均應(yīng)定期更換電刷和換向器，一般來說在使用了兩年后應(yīng)進行更換。無論是有刷驅(qū)動電機還是無刷驅(qū)動電機，其輸入電流過大都會影響使用性能。電機的電壓是通過控制器供給的?？刂破鲀?nèi)的電子組件老化會導(dǎo)致輸入電機的電流變大。因此必須對控制器進行檢查，必要時更換控制器。定期對電動車電機齒輪、軸承以及減速零件進行潤滑，若齒輪及軸承內(nèi)外套磨損過大、防振片變形、彈簧性能下降或折斷均應(yīng)更換控制器。注意經(jīng)常給電動車蓄電池充電，使蓄電池保持足夠的電壓，防止因電壓不足引起電機發(fā)熱，加速電動車電機衰老。對于更加復(fù)雜的工況還要對電機控制器進行更進一步的仿真分析新能源電動汽車電機，電機怎么保養(yǎng)（如：額定、過載典型工況仿真、堵轉(zhuǎn)特殊工況仿真、周期性負載、非線性負載確定控制器最大的能力）以便使設(shè)計出的電機控制器滿足高精度要求。3.2典型故障案例分析2020年7月的一個下午，某修理廠來了一輛新能源汽車，該汽車的類型是北汽新能源EC5，該新能源汽車的故障現(xiàn)象是啟動后，車子無法行動。在排除電池虧電的原因及傳動系統(tǒng)的問題后，修理技師認為是驅(qū)動電機出現(xiàn)問題，查完資料，修理技師知道了北汽新能源汽車驅(qū)動電機用的是永磁同步電機，稍后他例舉出驅(qū)動電機可能出現(xiàn)的故障:①電機過載②電機冷卻液不循環(huán)③電機過壓、欠壓保護故障，為了防止電動機在過低電壓下起動和運行，以及電動機在運行中忽然斷電后又恢復(fù)供電時的自起動，一般均采用失壓和欠壓保護。交流接觸器的電磁機構(gòu)，斷路器的失壓脫扣器、自耦減壓起動器的欠壓脫扣器及電壓繼電器等都可起失壓和欠壓保護作用④電機過流保護故障，通過電機的電流超過了設(shè)計時設(shè)置的最大電流被控制器切斷電流，從而保護電機⑤電機定子繞組故障(線間短路)，可能造成繞組燒毀、轉(zhuǎn)矩波動，可用定子電流負序分量法診斷。⑥定子鐵芯故障，表現(xiàn)為空載電流加大，振動和噪聲加大；定子鐵芯硅鋼片熔化，燒毀繞組絕緣，可用振動特征頻譜法診斷。⑦轉(zhuǎn)子本體故障，轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生不平衡磁拉力，引起振動。嚴重時最終導(dǎo)致電機損壞，可用電流頻譜法診斷。⑧軸承故障，振動加劇，導(dǎo)致振動超標，用振動特征進行診斷。第四章總結(jié)與展望4.1全文總結(jié)本文從驅(qū)動電機這一角度來進行研