【科普】电动汽车用什么样的驱动电机最好？

在环保的大环境下，电动汽车也成为近年来的研究热点。

电动汽车在城市交通中可以实现零排放或极低排放，在环保领域具有巨大优势。

各国都在努力发展电动汽车。

电动汽车主要由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分组成。

电机驱动系统是直接将电能转化为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。

因此，驱动电机的选择尤为重要。

1、电动汽车驱动电机的要求。

目前对电动汽车性能的评价主要考虑以下三个性能指标： （1）最大续驶里程（km）：电池充满电后电动汽车的最大续驶里程； （2）加速能力（s）：电动汽车从静止加速到一定速度所需的最短时间； （3）最高速度（km/h）：电动汽车能够达到的最高速度。

针对电动汽车驱动特性而设计的电机与工业电机相比，有着特殊的性能要求：（1）电动汽车驱动电机通常要求能够频繁启动/停止、加速/减速、扭矩控制等动态性能要求较高； (2)为了减轻车辆重量，通常取消多级变速器，这就要求电机在低速或爬坡时提供较高的扭矩。

一般来说，必须能够承受4-5倍的过载； (3)要求调速范围尽可能大，同时在整个调速范围内需要保持较高的运行效率； (4)设计电机时，尽量设计为高额定转速，并尽量采用铝合金外壳，高速电机体积小，有利于减轻电动汽车的重量； (5)电动汽车应具有优化的能量利用，并具有制动能量回收功能。

再生制动回收的能量一般应达到总能量的10%-20%； (6)电动汽车所用电机的工作环境更加复杂和恶劣，这就要求电机具有良好的可靠性和环境适应性。

同时，电机的生产成本也不能太高。

2 几种常用的驱动电机 2.1 直流电机 在电动汽车发展初期，大多数电动汽车都采用直流电机作为驱动电机。

该类型电机技术比较成熟，具有控制容易、调速性能优良的特点。

它曾经在调速电机中应用最为广泛。

但由于直流电机的机械结构复杂，如电刷、机械换向器等，其瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且当长时间工作时，电机的机械结构会产生损耗。

并增加维护成本。

另外，电机运转时，电刷发出的火花使转子发热，既浪费能源，又造成散热困难。

它还会引起高频电磁干扰，影响车辆的性能。

由于直流电机的上述缺点，目前的电动汽车已经基本淘汰了直流电机。

2.2 交流异步电动机 交流异步电动机是工业上广泛应用的一种电动机。

其特点是定子和转子采用叠片硅钢片制成，两端用铝盖密封。

定子和转子之间没有机械接触。

部件组成，结构简单，运行可靠耐用，维护方便。

与相同功率的直流电机相比，交流异步电机效率更高，重量减轻约二分之一。

如果采用矢量控制，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。

交流异步电机由于具有效率高、比功率大、适合高速运行等优点，是目前大功率电动汽车中应用最广泛的电机。

目前，交流异步电动机已规模化生产，有多种类型的成熟产品可供选择。

但高速运行时，电机转子发热严重，运行时必须对电机进行冷却。

同时，异步电机的驱动和控制系统非常复杂，电机本体的成本也很高。

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较低，不利于增加电动汽车的最大续驶里程。

2.3 永磁电机 永磁电机根据定子绕组的电流波形可分为两种类型。

一种是无刷直流电机，其电流为矩形脉冲波；另一种是永磁同步电机，其电流为正弦波。

这两种电机的结构和工作原理大致相同。

转子为永磁体，减少了励磁造成的损耗。

定子上装有绕组，通过交流电产生扭矩，因此冷却相对容易。

由于该型电机不需要安装电刷和机械换向结构，因此运行时不产生换向火花，运行安全可靠，维护方便，能源利用率高。

永磁电机的控制系统比交流异步电机的控制系统简单。

但由于永磁材料技术的限制，永磁电机的功率范围较小，最大功率一般只有几亿。

这是永磁电机的最大缺点。

同时，转子上的永磁材料在高温、振动和过流情况下会产生磁衰。

因此，在相对复杂的工况下，永磁电机很容易出现损坏。

而且永磁材料的价格较高，因此整个电机及其控制系统的成本较高。

2.4 开关磁阻电机 开关磁阻电机作为一种新型电机，与其他类型的驱动电机相比，结构最简单。

定子和转子为双凸极，由普通硅钢片叠片而成。

结构上，转子上没有绕组，定子上装有简单的集中绕组。

具有结构简单坚固、可靠性高、重量轻、成本低、效率高、温升低、易于维护等优点。

而且，它具有直流调速系统优异的可控特性，适合恶劣的环境，非常适合用作电动汽车的驱动电机。

考虑到直流电机和永磁电机作为电动汽车驱动电机，其结构和对复杂工作环境的适应性较差，且容易出现机械和退磁故障，因此本文重点关注开关磁阻电机和交流异步电机。

与机器相比，在以下方面具有明显的优势。

2.4.1 电机本体结构 开关磁阻电机的结构比鼠笼式感应电机简单。

其突出优点是转子上没有绕组，仅由普通硅钢片制成。

整个电机的大部分损耗都集中在定子绕组上，这使得电机制造简单，绝缘性好，易于冷却，具有优良的散热特性。

这种电机结构可以减小电机的尺寸和重量，并且可以获得非常小的体积。

输出功率更大。

由于电机转子的机械弹性，开关磁阻电机可用于超高速运行。

2.4.2 电机驱动电路 开关磁阻电机驱动系统的相电流是单向的，与转矩方向无关。

只需一台主开关装置即可满足电机的四象限运行状态。

功率变换电路直接与电机励磁绕组串联，各相电路独立供电。

即使电机某一相绕组或控制器出现故障，只需停相即可工作，不会造成较大影响。

因此，无论是电机本体还是功率变换器都非常安全可靠，因此比异步电机更适合在恶劣环境下使用。

2.4.3电机系统性能：开关磁阻电机控制参数较多，通过适当的控制策略和系统设计，可以轻松满足电动汽车四象限运行要求，并能在高速运行区域保持优异的制动能力。

开关磁阻电机不仅效率高，而且能在较宽的速度范围内保持高效率，这是其他类型的电机驱动系统难以比拟的。

这样的性能非常适合电动汽车的运行，非常有利于提高电动汽车的续驶里程。

3 结论 本文的重点是比较各种常用的驱动电机调速系统，提出开关磁阻电机作为电动汽车驱动电机的优越性，是当前电动汽车发展的研究热点。

对于此类特种电机，在实际应用中还有很大的发展空间。

研究人员需要更加努力地进行理论研究。

同时，他们需要结合市场需求来推动该类型电机的实际应用。