2022-07-18

新能源电动汽车驱动电机的分类、特点和优劣势分析

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发布时间:2022-07-18 10:01:46 来源:od电竞入口 作者:od电竞直播


  近年来,伴随着行业的发展,新能源汽车逐渐被广泛使用,各大厂商也推出了自家的明星产品。电机作为电动汽车最重要的部件之一,各大厂商纷纷选择各类电机运用在自家的产品上。而不同的电机到底有什么差别?又各自被运用到哪些车型上去了?

  什么是电机?所谓电机,就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。 当电能被转换成机械能时,电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时,电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下,机械能将被转化成电能,通过发电机来给电池回馈充电。电动机的发展状态及分类电动汽车经常采用的驱动电机有直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。★直流电动机最早应用于电动汽车的是直流电机,这种电机的特点是控制性能好、成本低。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展,异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机表现出比直流电机更加优越的性能,这些类型的电机正在逐步取代直流电机。

  优点:成本低、易控制、调速性能良好 缺点:结构复杂、转速低、体积大、维护频繁特性:在电动汽车发展早期,直流电机被作为驱动电机广泛应用,但是由于其结构复杂,导致它的瞬时过载能力和电机转速的提高受到限制,长时间工作会产生损耗,增加维护成本。

  此外,电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热,会造成高频电磁干扰,影响整车其他电器性能。因此,目前电动汽车行业已经基本将直流电动机淘汰。 应用代表车型:早期部分车型 ■ 小结:基本上处于淘汰阶段,应用车型都是早期上市车型。★永磁同步电机

  永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型,一种是无刷直流电机,它具有矩形脉冲波电流;另一种是永磁同步电机,它具有正弦波电流。

  这两种电机在结构和工作原理上大体相同,转子都是永磁体,减少了励磁所带来的损耗,定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩,所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构,工作时不会产生换向火花,运行安全可靠,维修方便,能量利用率较高。

  永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。但是由于受到永磁材料本身的限制,在高温、震动和过流的条件下,转子的永磁体会产生退磁现象,所以在相对复杂的工作条件下,永磁式电机容易发生损坏,故这一块还有待继续发展改善。

  而且永磁材料价格较高,因此整个电机及其控制系统成本较高,目前只有稀土资源丰富的中国比较倾向于使用永磁电机的电动汽车驱动方案。像日本、欧洲,要么是使用轻稀土的永磁材料做永磁电机,要么是直接改用无需稀土材料但对控制器设计要求更高的开关磁阻电机。

  特性:所谓永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。 与其他类型的电机相比较,永磁同步电机最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度,说白了,就是相比于其他种类的电机,在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。这也是在对空间与自重要求极高的新能源汽车行业,永磁同步电机成为首选的主要原因。 但是,它也有自身的缺点,转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下,会产生磁性衰退的现象,使得电机容易发生损坏。

  应用车型:比亚迪秦、比亚迪宋DM、宋EV300、北汽EV系列、腾势400、众泰E200、荣威ERX5等。■ 小结:被广泛使用,成为主流电机,目前被各大新能源汽车品牌车型选用。★交流异步电机交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机,其特点是定、转子由硅钢片叠压而成,两端用铝盖封装,定、转子之间没有相互接触的机械部件,结构简单,运行可靠耐用,维修方便。

  交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高,质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式,可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势,交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。 但在高速运转的情况下电机的转子发热严重,工作时要保证电机冷却,同时异步电机的驱动、控制系统很复杂,电机本体的成本也偏高,另外运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立磁场,故相与永磁电机和开关磁阻电机相比,异步电机的效率和功率密度偏低,不是能效最优化的选择。 异步电动机应用的较多的地区是美国,这也被人为是和路况有关。在美国,高速公路已经具有一定的规模,除了大城市外,汽车一般以一定的高速持续行驶,所以能够让高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。优点:结构简单、可靠性好、成本易控缺点:效率低、调速性差

  特性:相比于永磁同步电机,异步电机的优点是成本低、工艺简单、运行可靠耐用、维修方便,而且能忍受大幅度的工作温度变化。 反之,温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。尽管在重量和体积方面,异步电动机并不占优,但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速,即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求,至于重量对续航里程的影响,高能量密度的电池能够“掩盖”电机重量的优势。

  应用车型:特斯拉Model S、Modle X、江铃E200、江铃E100、江铃E160、众泰云100S、芝麻E30等。 ■ 小结:只是少量车型选用,但也不乏主流车型,从目前来看,该类电机不会成为趋势。★开关磁阻电机开关磁阻电机作为一种新型电机,相比其他类型的驱动电机而言,它的结构最为简单,定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构,转子上没有绕组,定子装有简单的集中绕组,具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等优点。

  它具有直流调速系统可控性好的优良特性,同时适用于恶劣环境,适合作为电动汽车的驱动电机使用。业内人士预测,开关磁阻电机将成为电动汽车领域的一匹黑马。特性:但开关磁阻电机有转矩波动大、需要位置检测器、系统非线性特性,磁场为跳跃性旋转,控制系统复杂;对直流电源会产生很大的脉冲电流等缺点。另外开关磁阻电动机为双凸极结构,不可避免地存在转矩波动,噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。 但近年来的研究表明,采用合理的设计、制造和控制技术,开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。像目前日本对开关磁阻电机的研究比较深入,日本电产的开关磁阻电机也广泛应用于电动汽车、家电等各类行业中。目前中国国内也渐渐有厂家关注这块电动汽车驱动电机的未来发展方向优点:结构简单、体积小轻便、效率高、成本低缺点:噪声振动大、输出扭矩脉动

  应用代表车型:无■ 小结:暂未被广泛应用,但未来有可能因为其优良特性,而成为主流电机。 作为电动汽车重要组成部件,不同电机的选用,会决定该电动车生产成本与使用情况。对于时下来讲,被广泛应用的尚属永磁同步电机,最主要的两点是可靠性好和成本易控。 -------------------华丽丽的分割线---------------------【番外知识储备篇】外转子电机:指外壳旋转、轴固定的电机。

  特点: 1.外转子电机具有节省空间,设计紧凑且美观的特点。适合安装在叶轮里,具有最佳的冷却效果。无需V型带、附加的张紧带或其他设备。 2.电机使用一对密封的深沟球轴承,寿命长。高精度的球轴承可使振动降到最低,运行噪音低。 3.特殊的鼠笼转子结构及一次压铸成型工艺,确保电机启动平滑,转速高。 4.选用高品质电磁材料及特殊的电磁结构设计,确保电机高效运行,并且更加节能。 5.在电机绕组端装有高灵敏度热保护器,确保电机安全可靠的运行。内转子电机:内转子一般极数少,转速高,转矩小;外转子一般极数多,转速低,转矩大。 在转子重量相同情况下,内部转的没有外面转的转动惯量大,所以里面转的kv高,力矩低;外转转动惯量大,从而提高了在不稳定负载下电动机的效率和输出功率。 内转电机的扭力小,转速高,一般用交通工具模型(如车模、船模),而外转子的电机散热较好。

  内转子电机和外转子电机的区别通俗一点来说,两者的区别就是里面转与外面转的区别。 内转子电机是转子电机主轴一起转,电机机座固定,用外壳做定子,内部和主轴做转子。 外转子电机是转子随着电机外壳一起旋转,电机主轴固定,外壳做转子,内部和主轴做定子。盘式电机:又叫碟式电机,具有体积小、重量轻、效率高的特点,一般电机的转子和定子是里外套着装的,盘式电机为了薄,定子在平的基板上,转子是盖在定子上的,一般定子是线圈,转子是永磁体或粘有永磁体的圆盘。 除了效率高和体积小外,盘式电机的独特结构使得其还具有很多普通电机无法比拟的优点。比如线圈和定子间的间隙小,其相互感应也效应很小。无刷的结构使得盘式电机的应用更为灵活,包括要求电机大孔径穿孔的情况都能使用。双轴空气间隙结构能够使盘式电机产生自然的泵吸作用,可谓是盘式电机自带的“内置冷却装置”。

  盘式电机在我们的生活中的应用十分广泛,绝大多数普通电机不适用或者难以满足的场合都能见到盘式电机的身影。例如新型的电动汽车、混合动力汽车以及水下推进器等对发动机重量和体积要求较高的交通工具都会使用盘式电机作为驱动。总结一下这三种电机:1、外转子电机扭矩大转速低;

  3、盘式电机轴向尺寸小,散热好,但功率受限制。 在应用方面,轮毂电机应用盘式电机较多;轮边电机应用外转子电机较多。

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