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技术|四款不同类型的驱动电机对比与介绍

时间:2019-10-08 来源:新能源汽车网 作者:电漾

  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
 

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。

  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
 


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。

  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Model 3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
 

  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
 

  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。

  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。

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