新能源汽車驅動電機關鍵技術

胡 勇,關天聰,譚永獎,李志輝

（陽江職業技術學院,廣東陽江,529566）

新能源汽車驅動電機關鍵技術

胡 勇,關天聰,譚永獎,李志輝

（陽江職業技術學院,廣東陽江,529566）

本文詳細介紹了新能源汽車的驅動電機總成及基本工作過程；對新能源汽車電機的類型及應用情況進行了總結，大量實例說明，永磁同步電動機廣泛應用于新能源汽車上，同時具有高功率、高密度等特點；歸納了永磁電機的幾項關鍵技術；概述了永磁電機的設計方案。

新能源汽車；驅動電機；關鍵技術

0 引言

新能源汽車是大勢所趨，目前市場上的新能源汽車主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車。不同品牌、不同類型的新能源汽車的結構不盡相同，但其驅動電機卻是基本類似的，在電機功率、轉速范圍、扭矩等方面略有不同。純電動汽車是指其電能驅動作為其唯一的驅動動力的汽車。混合動力汽車是指在傳統汽車結構中加入電動機和發電機，其中電動機與傳統汽車發動機聯合提供動力驅動汽車行駛，與傳統汽車相比較，加入電動機后的混合動力汽車的綜合油耗和動力性能有顯著改善。

1 基于節能戰略的新能源汽車驅動電機系統

基于節能戰略的新能源汽車驅動電機總成就可以實現部分甚至大部分的能量雙向轉換、儲存和傳遞，車輛加速產生的動能或爬坡產生的勢能，在剎車減速或下坡時、滑行時通過電機轉換成電能而儲存到電池或其它儲能部件中，可以用來驅動車輛。相比內燃機發動機、傳動等機械結構，新能源汽車電驅動系統具有結構簡單、內燃機轉換效率高等優點，但是也存在著技術難度大、控制復雜等困難。在國外已有越來越多的電動汽車采用性能先進的電動輪，又稱輪轂電機，它用電機，多為永磁無刷式，直接驅動車輪，傳統汽車的變速器、傳動軸、驅動橋等復雜的機械傳動部件在新能源汽車中就沒有了，使得汽車結構大大簡化。但是驅動電機的要求就嚴格了，它要求驅動電機在低轉速下有很大的扭矩，特別是對于軍用越野車，要求電機基點轉速與最高轉速比值為1:10。近幾年，歐美等國將電動輪技術應用于軍用越野車和輕型坦克上，并取得了重大成果。

2 新能源汽車驅動電機的應用情況

2.1 驅動電機的應用情況

目前新能源汽車電機的主要為永磁同步電機，其轉矩密度高、轉矩脈動低、振動噪聲小等特點，具有寬廣的弱磁范圍和高轉矩過載能力，可以顯著增強電動汽車的啟動、加速性能，在電動轎車中，永磁同步電機的應用情況更加凸現其使用價值，近年來新出廠的新能源汽車90%采用了永磁同步電機作為驅動電機。

2.2 驅動電機性能要求

新能源汽車的驅動電機要滿足如下要求。

（1）有合適的轉矩特性和功率特性。

（2）新能源汽車各種性能指標要優良，尤其是動力性要好，包含低速高啟動轉矩和爬坡能力、高速恒功率巡航。

（3）要有較寬的調速范圍，能以3至4倍基速恒功率運行，在滿足逆變器電壓情況下有高峰值轉矩。

（4）電機效率高低決定了汽車行駛能力，特別是新能源汽車使用一段時間后，電機效率的高低是決定汽車的續航能力的一個重要指標，電機效率越高，續航能力越強。

（5）電機在不同工作狀況下運行，會頻繁啟動、停車和急加速，這時要求有大的轉矩，要示電機要有具有短時過載和能力。

（6）運行中具有可靠性和容錯能力。

（7）合適的價格。

新能源汽車驅動電機正朝高控制精度化、集成化、高度永磁化、永磁材料新型化、電機運行轉速寬、回饋制動效率高、高電機功率和高功率密度等方向發展。

3 永磁同步電機的關鍵技術

3.1 優化電機轉矩性能

近年來，許多研究者在優化電機轉矩性能方面做了大量的研究、假設和嘗試，已取得不少成果。為了解決槽寬和齒部寬度的矛盾，開發了橫向磁通電機，電樞線圈和齒槽結構在空間上垂直，主磁通沿著電機的軸向流通，提高了電機的功率密度；采用雙層的永磁體布置，使得電機交軸電導提高，增加了電機的輸出轉矩和最大功率；改變定子齒形和磁極形狀以減少電機轉矩脈動等。合理的永磁材料及尺寸，如寬度、厚度、氣隙磁密等，也對電機轉矩性能優化起到一定作用。

3.2 提高擴速能力

為了提高永磁電機的擴速能力，新能源汽車目前普遍采用弱磁擴速，采用弱磁控制后的永磁同步電機，還可在同行功率情況下，通過降低逆變器容量來提高驅動系統效率。

4 新能源汽車驅動電機的設計方案

4.1 驅動電機類型選擇

在轉子磁路結構主要有表面式與內置式兩種方式，新能源汽車驅動電機上采用內置式轉子磁路結構。內置式轉子磁路中永磁體位于轉子鐵心內部，機械強度高，能有效減小電機的尺寸。內置式轉子磁路結構漏磁系數大，有助于提高電機的抗去磁能力。由于表面式轉子磁路結構的電機難以實現弱磁控制，無法適應汽車的高速運行的要求，一般新能源汽車驅動電機上比較少用。

4.2 驅動電機性能參數初步選取

4.2.1 確定電動汽車受力

電動汽車受力有：地面阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。汽車正常行駛時，由驅動電機提供的驅動力與這些阻力形成平衡關系，這一關系用汽車的行駛方程來表示。

4.2.2 確定電機最大功率

選擇電機的最大功率應當大于汽車在此車速下行駛的阻力功率的和，以滿足實際負荷需要。通常在此情況下，是指在平滑良好的瀝清路面的阻力功率。

4.2.3 確定驅動電機額定轉速

根據汽車經常行駛的速度、汽車減速器傳動比、減速器傳動比、車輪參數來確定驅動電機額定轉速。

4.2.4 確定驅動電機轉矩

驅動電機轉矩峰值主要是通過汽車的爬坡能力來確定，這時忽略加速阻力和空氣阻力。

4.2.5 驅動電機基本性能參數的選取

由前面可以看到，新能源汽車驅動電機在設計時，需要與汽車整車參數和目標要求綜合考慮，根據汽車整車的整備質量、風阻系數、傳動效率、滾動阻力系數、主減速器比、減速器比、迎風面積、滾動半徑和汽車的目標性能參數如最大車速、經常車速和爬坡速度與爬坡度等來計算驅動電機的基本性能參數。

4.3 驅動電機的主要尺寸計算

定轉子主要尺寸的計算，要考慮至新能源汽車整體設計結構的限制，永磁同步電機必須要明確計算電機功率輸出能力與主要尺寸之間的解析關系，以平行齒平底槽為例，解析定子內徑與定子外徑之間的關系；定子槽型主要尺寸計算可根據上述的推導可以計算出定子內外徑的尺寸，然后進行槽型尺寸的計算；永磁尺寸設計計算對于永磁同步電機的設計非常重要，其主要包括磁化方向厚度、磁化方向寬度以及軸向長度；繞組參數的方面，定子繞組是電機的重要組成部分，其主要是提供電流通路的，由于實踐中定子繞組的沖類比較多，因此基于新能源汽車的需要，一般會采取三相雙層同心繞組，采取星型連接。

5 結語

《中國制造 2025》提出“節能與新能源汽車”作為重點發展領域，繼續支持電動汽車、燃料電池汽車發展，掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術，提升動力電池、驅動電機、智能控制等核心技術能力。新能源汽車必須不斷提高電驅動系統和整車控制系統關鍵技術，使電動汽車的操控性、安全性和舒適性達到傳統燃油車水平，而使用成本、保養成本又比傳統燃油車低，這樣才會在市場占有一席之地。

[1]王高明． 純電動汽車的驅動電機系統．

[2]曲榮海，秦川．電動汽車及其驅動電機發展現狀與展望． 南方電網技術 ．

[3]楊麗．永磁同步電機已成為新能源車主流電驅動核心．

[4]溫有東．電動汽車用永磁同步電機的研究．哈爾濱工業大學．

Key technologies of new energy vehicle drive motor

Hu Yong , Guan Tian cong , Tan Yong jiang , Li Zhi hui
（Yangjiang Vocational and Technical College,Yang jiang Guang dong , 529566）

IThis paper introduces the drive motor assembly and the basic working process of new energy vehicles; the type and application of new energy automobile motor are summarized, a large number of examples, the permanent magnet synchronous motor is widely used in new energy vehicles, but also has the characteristics of high power and high density; summarizes several key technology of permanent magnet motor; summarizes the design scheme of permanent magnet motor.

new energy vehicle; drive motor; key technology