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对于新能源汽车常用的驱动电机类型及原理分析

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：佟钦智

[导读] 摘要：随着节能环保理念越来越深入人心，新能源汽车也已经成为我国大面积推广的一种汽车类型。从严格的角度进行分析，新能源汽车可以有效减少汽油等不可再生能源的使用，将太阳能、天然气等作为汽车发动的动力，以此实现零排放和零污染的节能环保目的，既可以满足保护环境、节能减排的目标，同时也能够满足人们的日常驾驶需求，但是，因为新能源汽车的部分技术依然尚未成熟，如今的一部分新能源汽车仍然会小量的使用汽油，在这种情

        （南京恒天领锐汽车有限公司江苏南京 210000）
        摘要：随着节能环保理念越来越深入人心，新能源汽车也已经成为我国大面积推广的一种汽车类型。从严格的角度进行分析，新能源汽车可以有效减少汽油等不可再生能源的使用，将太阳能、天然气等作为汽车发动的动力，以此实现零排放和零污染的节能环保目的，既可以满足保护环境、节能减排的目标，同时也能够满足人们的日常驾驶需求，但是，因为新能源汽车的部分技术依然尚未成熟，如今的一部分新能源汽车仍然会小量的使用汽油，在这种情况下，就是要对新能源汽车的电气驱动控制技术进行深入分析，为此本文特对新能源汽车常用的驱动电机类型及原理进行研究，仅供参考。
        关键词：新能源汽车；驱动电机；类型；原理；
        前言：对于现代汽车来说，离不开电力电子技术的支持，特别是在新能源汽车的发展过程中，电力电子技术更是发挥着非常重要的作用，这也就表示，新能源汽车离不开电机驱动技术的支持，与其有着密不可分的关系，利用电机驱动控制技术，可以对新能源汽车的各项功能进行完善，有效降低汽油的使用，真正的实现新能源发展。对此应对电机驱动技术进行深入研究，使其与其他技术进行强强联合，合理的使用各种细小零部件和设备，使新能源汽车的功能可以得到优化。
        一、新能源汽车的相关概述
        对于新能源汽车来说，主要是以电能、太阳能和天然气等能源作为汽车发动的动力，相比于传统以柴油或汽油作为动力源的汽车来说，新能源汽车在运行过程中可以有效的减少污染物的排放，可以有效降低对自然环境的危害。通过大力推广与普及新能源汽车，可以有效降低我国对石油类等不可再生能源的依赖程度，缓解我国如今的资源紧张压力。
        现如今，由于国内外石油资源日益紧缺，各个国家对新能源汽车研究的重视程度也越来越高，时至今日，我国为了能够使新能源汽车得到进一步发展，相应提出了多种优惠政策，比如财政优惠政策、新能源汽车交通管制政策等。相比于西方等发达国家，我国由于历史因素的影响，在新能源汽车开发方面依然处于发展阶段，而为了弥补这一落后现象，我国于十一五计划中特提出了863计划节能和新能源汽车项目，并根据我国实际情况，针对新能源汽车进行三横三纵研究，从而进一步促进我国新能源汽车研究的深度，全面提高了对新能源的利用效率。
        二、新能源汽车与传统能源汽车相比的优势与劣势
        相比于传统将柴油或汽油作为动力的汽车，新能源汽车的结构更加合理，不仅可以有效的提高消耗的效率，而且新能源汽车的使用寿命更长，因为新能源汽车使用天然气能源或太阳能能源作为汽车的驱动力，可以有效降低对环境的污染，在运行过程中所产生的噪音污染也更低，同时行驶安全性更高。相比之下，新能源汽车各个方面的性能远优于传统汽车，这也是新能源汽车之所以广受青睐与认可的原因，但是对于我国的新能源汽车来说，因为受到技术水平的限制，我国当前的新能源汽车技术依然有待完善，并且存在的限制条件比较多，比如新能源汽车的持久性较低、动力性不强、汽车维护技术要求较高，以及能源添加过程繁琐的。
        从汽车保养与维修的角度进行分析，新能源汽车因其构造与传统汽车之间存在较大的差异，所以维修和保养工作也有比较大的差异，也正是因为如此，对维修与养护人员的技术水平提出了更高的要求，技术人员只有不断的提升自身的技术水平，才可以满足当代汽车发展的需求，这样也可以保证新能源汽车在使用与推广过程中发生故障和问题得到及时解决，从而为新能源汽车的推广与使用提供确切的保障。
        三、新能源汽车电机驱动类型的选择原则
        （一）标准性原则
        新能源汽车在选择电机驱动类型时，必须要符合相应的标准，尽可能选择形状小、重量轻的电动机，主要就是因为如今的各种设备和设施均朝向高精度化和小型化的方向发展，为了能够给予用户更好的体验，提高汽车内部的使用空间所选择的电动机的尺寸应当尽量小，在此基础上应保证其动力充足且重量轻便。
        （二）针对性原则
        选择新能源汽车电机驱动类型时，应满足不同用户的不同需求，对于地形环境复杂地区且坡度较大地区的用户时，务必要保证电机的动力性，这部分用户在选择电机时，也要尽量选择转速高的电动机。
        （三）环保原则
        选择电动机时，应尽量选择电磁辐射比较低的电动机，因为之所以发展新能源汽车，主要的目的就是节约能源和降低环境污染，所以为了能够使新能源汽车的优势和特性得以维持，在选择电动机时应尽可能选择电磁辐射量比较低的电动机，从而有效的减少对环境污染，同时也能够确保使用者的身心健康。
        （四）经济性原则
        在新能源电动汽车推广与使用中，经济性原则非常重要，因此，在选择新能源汽车电机驱动类型时，在确保电动机各种性能满足要求的基础上，尽可能选择价格更加低廉的电动机，从而有效降低新能源汽车的成本，并为新能源汽车的推广与后期应用奠定坚实的基础。
        四、新能源汽车常用的驱动电机类型以及原理
        （一）交流异步电机
        对于交流异步电机来说，其主要由转子、定子以及其之间的气隙组成。定子绕组在接通三相交流电源后，产生旋转磁场，对转子进行切割，而后获得传记，具体结构如图1所示。

        图1   交流异步电机结构图
        交流异步电机坚固、耐用、结构简单、价格较低，而且电机运行的可靠性也比较高，在电机运行时，低转矩脉动，噪音污染比较小，不需要使用到位置传感器，转速的极限比较高。但是交流异步电机的缺点也非常明显，使用矢量控制的电动汽车感应电动机，在轻载或有限的恒功率工作区运行状态下，效率往往比较低，而且控制过程也非常复杂，能量的回馈性比较差，相比于永磁电动机来说，异步电机的功率密度和效率整体偏低。
        鉴于上述分析，因为异步电机的矢量控制技术和调速技术相比之下比较成熟，这也是异步电机驱动系统在新能源汽车领域方面具有非常明显的应用优势，也正是因为如此，交流异步电机在早期就已经被应用到新能源电动汽车的驱动系统中[1]。
        （二）正弦波永磁同步电机
        对于永磁同步电机来说，其属于一种机电一体化的电机，主要由位置传感器、定子、永久磁钢钻子以及电子转向电路等构成，人们日常所谈及的永磁同步电动机指的就是正弦波永磁同步电动机，与一般的同步电动机相同，正弦波永磁同步电机的定子绕组采用的是三相对称的正弦分布绕组，也可以采用特殊形状的用词，从而确保气隙磁密可以让空间呈现出正弦分布的状态，这样一来就可以使电机在保持恒速运行时，定子三相绕组所感应出的电势为正弦波。
        正弦波永磁同步电机可以使用盘式轴向磁场结构或圆柱形径磁场结构，整体效率和功率密度均比较高，而且调速范围也比较宽广，具有非常可观的发展前景，正弦波永磁同步电机在新能源汽车中具有非常有力的竞争优势，并被广泛的应用于国内外多种电动车辆的结构中。与此同时，对于永磁同步电动机来说，其采用正弦交流电和无刷结构，所以也将其称作为正弦永磁无刷电动机或永磁无刷交流电动机，但其实质仍然是同步电动机，这些电动机可以在不经过电磁转换的情况下，就可以直接利用脉宽调制方式或正弦交流电方式使其运行。对于正弦波永磁同步电机的缺点来说，主要有永磁体耐温性能较差、抗震性能较差等，而且永磁同步电机需要使用到稀土永磁材料，所以整体成本比较昂贵。
        正弦波永磁同步电机凭借自身具有较高的效率和能量密度，被广泛的应用于新能源汽车领域中，而且具有非常大的竞争优势，特别是在近些年以来，随着电机工作者的助力，永磁同步电机也得到了快速的发展，并且有逐步取代交流异步电机之势，成为了如今最具发展前景的节能电机之一。
        （三）开关磁阻电机
        开关磁阻电机属于一种新型的机电一体化电动机，其特点就是整个电机的结构牢固且紧凑，可以满足高速运行的需求，而且驱动电路的价格成本比较低，性能可靠，能够有效的实现四象限控制。也正是因为如此，开关磁阻电机可以良好的适用不同的工况。
        对开关磁阻电机的优点进行分析，其主要包括工艺简单、电机结构简单、运行转速较高、成本低廉、定子线圈，千放容易且端不端而牢靠，可以良好的应用于各种高温、恶劣甚至是强震动的环境中，电机能够快速冷却，根据方向与电流方向无关，可以使功率转换器得到最大程度的简化，从而有效降低成本，功率变换器一般不会出现直通故障，可靠性非常高，除此之外，开关磁阻电机的功率范围和转速都比较高，只有非常强的再生制动能力。而开关磁阻电机的缺点主要有设计与控制难度大、噪声较大，相比于永磁电机，其效率和功率密度偏低，同时，如果使用位置传感器会增加整个结构的复杂性，进而影响到电机运行的可靠性[2]。
        （四）开关磁阻轮毂电机
        对于开关磁鼓轮轱电机来说，其原理就是在轮轱电机领域中运用开关磁电阻电机，直接将其安装于汽车的轮毂上，分为外传子和内转子两种结构，具体见图2和图3。

图2 外转子开关磁阻轮毂电机

        图3    内转子开关磁阻轮毂电机
        外转子结构的电机直接作用于电机的外转自驱动汽车轮子，而内转子结构的电机则需要经过行星减速齿轮转换成为外源驱动汽车轮子。
        有相关的研究结果证明，应用开关磁阻轮毂电机时需要解决如下问题，解决开关磁阻低速脉动问题，在解决时需要通过改变电机本体与控制器的方式进行处理，也可以通过多部幻象，对驱动电源的连续性进行改善；同时，也可以通过提高控制器可靠性的方式，更好的适应车况要求，这种采用备用控制系统方案，可以将其称作为双余度控制系统；另外，也可以对电机的本体结构进行简化，将内置线圈作为传感器，从而有效减少安装位置传感器的轴向长度。
        结束语：综上所述，本文针对新能源汽车电机驱动类型和原理进行简要的阐述与分析，总体来说我国如今的新能源汽车电机驱动技术已经取得了一定的研究成果，但是相关的技术仍尚未完善，有待进一步研究，这就需要技术研究人员通过不断的努力，对新能源汽车各方面技术进行不断的完善，从而使新能源汽车可以尽早取代传统汽车，实现环境保护的目标。
        参考文献：
        [1]卢钢, 陈建明, 沈丁建,等. 新能源汽车电机控制器振动疲劳耐久性能优化[J]. 机械强度, 2020(4).
        [2]闫云敬. 新能源电动汽车电机驱动系统的故障分析[J]. 内燃机与配件, 2020, 000(002):P.127-129.