汽车资讯■新能源汽车不同种类驱动电机对比与介绍

作为电动汽车三大件中的动力系统 , 电机在电动汽车中的地位无疑是举足轻重的 , 它的表现还直接决定了电动汽车的性能 , 所以对于驱动电机的选择就显得尤为重要 。 目前市面上比较流行的电动汽车电机主要有三类 , 一是无刷直流电动机 , 二是交流异步电动机 , 三是永磁同步电动机等等 。 根据电动机的驱动原理 , 下面新能君为大家介绍一下常见的四种驱动电机 。

一、曾经的主流:直流电动机汽车资讯■新能源汽车不同种类驱动电机对比与介绍

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法拉第及其发明的直流电机

凭借着控制装置简单、成本较低等特点 , 在电动汽车发展早期 , 直流电动机成为了很多电动车制造厂的首选方案 。 但同时直流电动机的本身的缺点也非常突出 , 首先电刷和机械换向器等组成了其自身较为复杂的机械结构 , 同时还制约了它的过载能力和电机转速 。

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而且在长时间高速大负荷下运行时 , 换向器表面还会有火花的情况出现 , 以上这些因素都会影响到整车性能 。 随着碳刷的磨损 , 如果不及时进行保养维护 , 电动机的可靠性和寿命都会有所降低 , 目前的电动汽车已经将直流电机基本淘汰 。

二、忧喜参半:交流异步电动机

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特斯拉及其发明的感应电机

交流异步电机是当今工业中主流电机之一 , 它也叫感应电机 , 它同样拥有结构简单 , 耐用可靠 , 维修方便等优点 。 说起感应电机就必须提到其发明者特斯拉 , 一般其定子铁心上埋有三相交流绕组 , 转子由铁心和短接的笼型绕组组成 , 当定子绕组中通以三相交流电时 , 将产生一合成的空间同步旋转磁场 , 切割转子绕组 , 从而在转子笼型绕组中生成电流 , 该电流又会受到磁场的作用而产生电磁力 , 驱动转子旋转 。 因为其定、转子之间没有相互接触的机械部件 , 所以结构上较为简单 , 加上免去了磨损部件 , 运行也更加可靠 。 与直流电动机相比 , 交流异步电机的功率更高 , 质量还轻了二分之一左右 。

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但在高转情况下电机的转子会出现发热严重等问题 , 为了保证电机的冷却 , 异步电机还需要配备冷却系统 , 这也导致了成本偏高 。 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 , 故与稀土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 。 所以 , 目前新款的特斯拉Model3已经改用永磁同步电机作为驱动电机了 。

三、综合性能优异:永磁同步电机

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按电动机定子绕组的电流波形的不同 , 可分无刷直流电机和永磁同步电机两种类型 , 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 。

相比于交流异步电机的控制系统 , 永磁式电动机的控制系统更加简单 。 但是由于受限于永磁材料的限制 , 在高温、震动和过流等极端条件下 , 转子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 , 加上永磁材料高价和稀土资源的紧缺 , 导致了整个电机及其控制系统成本较高 。

四、未来发展的大方向:开关磁阻电机

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相比于其它类型的驱动电机 , 开关磁阻电机是一种新型电机 , 其只有在定子侧装有简单的集中绕组 , 转子上并没有绕组 , 所以结构相对较为简单 。 定子和转子均为硅钢片叠压而成的双凸极结构 , 具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、易于维修等优点 , 很适合作为电动汽车的驱动电机使用 。

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开关磁阻电机的缺点在于有转矩波动大、需要位置检测器 , 控制系统复杂 , 对直流电源会产生很大的脉冲电流等缺点 。 其次开关磁阻电动机为双凸极结构 , 不可避免地存在转矩波动 , 噪声等问题 。

总结:中国是世界上稀土永磁材料储量最具丰富的国家 , 而对于体积相对较小的新能源乘用车来说 , 目前国内大多数车企还是采用功耗较低、制造成本较高的永磁同步电机为主 。 而其中具备自主研发电机能力的仅有北汽新能源、比亚迪汽车、蔚来汽车三家 , 不少企业只能依赖供应商模式 。 不过随着新能源车爆发式的增长 , 市场对于新型的具有高性能、安全可靠、低成本的电机产品的需求将不断增长 , 未来具备电机自研能力的企业将会越来越多 , 让我们拭目以待一下吧 。