新能源汽車電驅(qū)動介紹（一）

一、概述

在傳統(tǒng)汽車向新能源汽車發(fā)展的過程中，作為汽車動力輸出的發(fā)動機等零件逐漸被電動化時代下的電機給取代。驅(qū)動電機作為新能源汽車動力輸出的主要裝置是確保整車具有良好動力性能的核心零部件之一，是新能源汽車的動力心臟。

正由于其所具有的重要性，因此在‘大三電’中占據(jù)了一席之地。一般情況下，根據(jù)整車性能、定位等因素的不同，主機廠所采用的驅(qū)動電機在性能、組成等方面亦有差異。因此，雖然在新能源汽車的應(yīng)用上都被稱作驅(qū)動電機，但細(xì)分之下仍有多種類別，如按其工作電源方式的不同可將其分為直流電機與交流電機。在直流電機中又可分為有刷電機和無刷電機，而在交流電機中按照其組成的定子與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致性劃分，又可細(xì)分出同步電機與異步電機來。目前作為國內(nèi)新能源汽車驅(qū)動電機被應(yīng)用的主要是交流電機中的永磁同步電機，其次是交流異步鼠籠式感應(yīng)電機在市場中也占有一定比例。關(guān)于電機的分類可見下圖：

二、直流電機

在新能源汽車發(fā)展的早期，由于市場、技術(shù)等諸多方面的原因，在整車的驅(qū)動方面多采用直流電機模式，這主要是由于直流電機具有控制簡單、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等特點，有利于車企對產(chǎn)品進(jìn)行快速驗證。

直流有刷電機：其主要組成有定子、轉(zhuǎn)子、軸承、端蓋、風(fēng)扇等。電刷裝置作為定子的組成部分在電機工作中起到電流換向的作用，但由于電機工作時的高轉(zhuǎn)速、高溫度、電流等諸多方面的原因，電刷在長期運行后會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，因此常需對其進(jìn)行維護。同時，在電流換向時會產(chǎn)生火花，這對于電機的應(yīng)用在安全性上存在一定的隱患，諸多原因之下，極大地限制了該電機的發(fā)展。

直流無刷電機：由于該類型電機在工作過程中所產(chǎn)生電壓和電流波形通常是矩形或梯形波，同時在運行過程中會伴隨較大的扭矩波動，因此在整車的運行過程中便可明顯的感覺出頓挫感，這會造成用戶極不好的用車體驗。

正由于直流電機存在著尚無法解決的問題，同時交流電機在應(yīng)用中隨其技術(shù)的進(jìn)步，在性能、效率、控制、成本等方面的優(yōu)勢凸顯，因此直流電機在車端的應(yīng)用逐漸被淘汰了。

三、交流電機

與直流電機在組成上具有類似的成分，其主要構(gòu)成如定子、轉(zhuǎn)子、機蓋等部件。在交流電機的諸多類型中，作為其關(guān)鍵組件的定子是基本相同的，皆由鐵心和線圈構(gòu)成，并以固定不動的形式存在著。而讓交流電機得以形成區(qū)別的主要是源自其轉(zhuǎn)子部分。

永磁同步電機：其轉(zhuǎn)子主要由含有磁源的永磁體、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。其工作方式是通過三相交流電的接入讓固定不動的定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的磁場，永磁體轉(zhuǎn)子受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而跟著轉(zhuǎn)動，由此讓電機輸出動力從而驅(qū)動車輛運行。在電機的工作過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子磁場的轉(zhuǎn)速始終保持著同步，因此稱其為同步電機。

由于永磁同步電機具有體積小、重量輕的特點，使其相對于其他類型的驅(qū)動電機具有了更高的功率密度，在汽車輕量化、集成化的趨勢之下，該產(chǎn)品在驅(qū)動方面成為了主要的應(yīng)用。同時，受益于其轉(zhuǎn)子中的永磁體，轉(zhuǎn)子的運動無需通電，因此減少了相關(guān)的能量損耗使得其具有了更高的效率。另外，在電機可承受的電流范圍之內(nèi)，電流的大小與電機的輸出扭矩呈正相關(guān)，即通過提高電流的方式，可快速提升電機的輸出扭矩，這相對于其他驅(qū)動電機的應(yīng)用而言，可讓汽車在起步階段獲得更低的零百加速時間，由此可讓整車具備更佳的加速效果。

永磁同步電機雖在應(yīng)用上具有諸多優(yōu)勢，但同時也存在尚待解決的問題，如：

1）升速下的弱磁控制問題。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速達(dá)到某一速度時，想要繼續(xù)提升便需要進(jìn)行弱磁控制，但永磁同步電機的轉(zhuǎn)子磁場是由永磁體提供的，采用弱磁控制就需要通過消耗電流來反向抵消部分轉(zhuǎn)子磁場，而電機的輸出功率與電壓和輸出電流相關(guān)，電流的消耗便導(dǎo)致了功率的降低，而要想保持目標(biāo)功率的不變，就需要輸出更大的電流，因此使得在高速工況下的運行效率降低了；

2）高速工況下的反電動勢問題。永磁同步電機中的永磁體也會產(chǎn)生磁場，在高速工況下，固定的定子線圈對該磁場做切割運動而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的影響會更加明顯，而該感應(yīng)電動勢的方向與原線圈電壓的方向正好相反，兩相疊加之下，使得驅(qū)動電壓得以降低，所以在高速工況下的輸入電壓往往要高于理論值不少。同時由于電壓的升高，在電機內(nèi)部會形成更大的渦流損耗，從而引發(fā)電機高溫問題，高溫又會對定子、轉(zhuǎn)子等組件造成不可逆的損害；

3）由于長期處于高溫、振動等環(huán)境中，永磁體的退磁問題；

4）首次通電自啟動問題。在永磁同步電機通電的同時，定子便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子由于慣性并不會立馬跟著運轉(zhuǎn)，在某一特定條件下，會出現(xiàn)電機無法啟動的情況，因此需要額外安裝變頻器以解決該問題，而這也增加了電機的成本。

交流異步電機：在目前的應(yīng)用中主要以鼠籠式感應(yīng)電機為主，由于其轉(zhuǎn)子常采用銅或鋁制材料組成了類似于鼠籠的結(jié)構(gòu)形式因此得名。

其在工作原理上，首先是通過三相交流電的接入讓定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在該磁場的作用下，會在如上圖所示鼠籠的金屬棒上產(chǎn)生感應(yīng)電流，接著電流會向兩端流動最終在籠端形成短路而產(chǎn)生感應(yīng)扭矩，該扭矩會促使轉(zhuǎn)子以略低于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的速度運動，從而讓電機輸出動力。由于轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的速度不同步，因此稱其為異步電機。

由于轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)并不與旋轉(zhuǎn)磁場的速度同步，因此異步電機不存在永磁同步電機中的自啟動問題，同時異步電機不使用永磁體，因此在高速控制上亦不存在弱磁問題，也無需考慮磁退化，因此在耐溫性上也要相對出色些，由于具有高成本的永磁體不存在了，其在成本方面也具有了一定的優(yōu)勢，但也由于不使用永磁體，導(dǎo)致其總成在結(jié)構(gòu)體積上不占優(yōu)勢。

雖然在高速工況下異步電機的表現(xiàn)更加優(yōu)越，但相對于低速工況及起步性能而言，其在效率及表現(xiàn)上則要比永磁同步電機差些。擇優(yōu)補短之下，部分主機廠會在兩驅(qū)車型上采用前異步后永磁的模式。就一般性能而言，永磁同步電機與異步電機特性如下：