新能源汽車電驅(qū)動(dòng)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(dòng)力輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)等零件逐漸被電動(dòng)化時(shí)代下的電機(jī)給取代。驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車動(dòng)力輸出的主要裝置是確保整車具有良好動(dòng)力性能的核心零部件之一，是新能源汽車的動(dòng)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(jī)廠所采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)，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(jī)與交流電機(jī)。在直流電機(jī)中又可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，而在交流電機(jī)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(jī)與異步電機(jī)來。目前作為國(guó)內(nèi)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)被應(yīng)用的主要是交流電機(jī)中的永磁同步電機(jī)，其次是交流異步鼠籠式感應(yīng)電機(jī)在市場(chǎng)中也占有一定比例。關(guān)于電機(jī)的分類可見下圖：

二、直流電機(jī)

在新能源汽車發(fā)展的早期，由于市場(chǎng)、技術(shù)等諸多方面的原因，在整車的驅(qū)動(dòng)方面多采用直流電機(jī)模式，這主要是由于直流電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，有利于車企對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速驗(yàn)證。

直流有刷電機(jī)：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(jī)工作中起到電流換向的作用，但由于電機(jī)工作時(shí)的高轉(zhuǎn)速、高溫度、電流等諸多方面的原因，電刷在長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，因此常需對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)，在電流換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，這對(duì)于電機(jī)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(jī)的發(fā)展。

直流無刷電機(jī)：由于該類型電機(jī)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(shí)在運(yùn)行過程中會(huì)伴隨較大的扭矩波動(dòng)，因此在整車的運(yùn)行過程中便可明顯的感覺出頓挫感，這會(huì)造成用戶極不好的用車體驗(yàn)。

正由于直流電機(jī)存在著尚無法解決的問題，同時(shí)交流電機(jī)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(shì)凸顯，因此直流電機(jī)在車端的應(yīng)用逐漸被淘汰了。

三、交流電機(jī)

與直流電機(jī)在組成上具有類似的成分，其主要構(gòu)成如定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)蓋等部件。在交流電機(jī)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(dòng)的形式存在著。而讓交流電機(jī)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(jī)：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(dòng)的定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，永磁體轉(zhuǎn)子受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，由此讓電機(jī)輸出動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。在電機(jī)的工作過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速始終保持著同步，因此稱其為同步電機(jī)。

由于永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，使其相對(duì)于其他類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有了更高的功率密度，在汽車輕量化、集成化的趨勢(shì)之下，該產(chǎn)品在驅(qū)動(dòng)方面成為了主要的應(yīng)用。同時(shí)，受益于其轉(zhuǎn)子中的永磁體，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)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(jī)可承受的電流范圍之內(nèi)，電流的大小與電機(jī)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(jī)的輸出扭矩，這相對(duì)于其他驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(shí)間，由此可讓整車具備更佳的加速效果。

永磁同步電機(jī)雖在應(yīng)用上具有諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一速度時(shí)，想要繼續(xù)提升便需要進(jìn)行弱磁控制，但永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(chǎng)，而電機(jī)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(yùn)行效率降低了；

2）高速工況下的反電動(dòng)勢(shì)問題。永磁同步電機(jī)中的永磁體也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在高速工況下，固定的定子線圈對(duì)該磁場(chǎng)做切割運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響會(huì)更加明顯，而該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)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(shí)由于電壓的升高，在電機(jī)內(nèi)部會(huì)形成更大的渦流損耗，從而引發(fā)電機(jī)高溫問題，高溫又會(huì)對(duì)定子、轉(zhuǎn)子等組件造成不可逆的損害；

3）由于長(zhǎng)期處于高溫、振動(dòng)等環(huán)境中，永磁體的退磁問題；

4）首次通電自啟動(dòng)問題。在永磁同步電機(jī)通電的同時(shí)，定子便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子由于慣性并不會(huì)立馬跟著運(yùn)轉(zhuǎn)，在某一特定條件下，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)無法啟動(dòng)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(jī)的成本。

交流異步電機(jī)：在目前的應(yīng)用中主要以鼠籠式感應(yīng)電機(jī)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(chǎng)，在該磁場(chǎng)的作用下，會(huì)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(huì)向兩端流動(dòng)最終在籠端形成短路而產(chǎn)生感應(yīng)扭矩，該扭矩會(huì)促使轉(zhuǎn)子以略低于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的速度運(yùn)動(dòng)，從而讓電機(jī)輸出動(dòng)力。由于轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度不同步，因此稱其為異步電機(jī)。

由于轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)并不與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度同步，因此異步電機(jī)不存在永磁同步電機(jī)中的自啟動(dòng)問題，同時(shí)異步電機(jī)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(duì)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(shì)，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(shì)。

雖然在高速工況下異步電機(jī)的表現(xiàn)更加優(yōu)越，但相對(duì)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(jī)差些。擇優(yōu)補(bǔ)短之下，部分主機(jī)廠會(huì)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(jī)與異步電機(jī)特性如下：