汽車構造的解析
——電機

李京鑫 史彥

1.馬鞍山職業技術學院機械工程系 安徽省馬鞍山市 243031 2.馬鞍山職業技術學院電氣工程系 安徽省馬鞍山市 243031

1 引言

新能源汽車的出現打破了傳統汽車能源供給的規則，用電機將傳統汽車中的動力來源發動機替換，根據能量守恒的定律，將電機產生的汽車電能轉化成讓輪胎滾動的機械動能，使得新能源汽車可以正常的行駛。電機對于新能源汽車來說是非常重要的一個組成部分，新能源汽車運行所需要的所有能量都來源于電機。電機的樣式十分繁多，我們新能源汽車比較常用的是驅動電機系統。

2 新能源汽車中驅動電機簡介

圖1 電驅動系統結構圖

驅動電機為三相永磁同步電機，用作純電動轎車的驅動，安裝于前艙位置。此類電機具有結構簡單、體積小、重量輕、效率高等特點。

在控制器的控制下，電機能在寬廣的速度范圍內工作，以滿足純電動轎車的運行工況：

電機內置旋轉變壓器一個，用于檢測轉子的轉速和位置，以實現對電機的矢量控制；電機冷卻方式為液冷結構。

表1

圖2

電機控制器的主要功能有：

1控制電機運行在電動模式或發電模式；

2電機驅動系統的扭矩控制；

3具有過溫、過流、過壓等保護功能；

4具有CAN通訊和診斷功能；

表2

3 新能源汽車的電機功能需要

新能源汽車的具體電機在正常啟用和行駛的前提下，還要全面考量司機在駕駛新能源汽車時是否舒適，幫助新能源汽車更好地適應駕駛環境狀況，達到新能源汽車在長期駕駛的情況下只需要充一次電的效果。所以，新能源汽車在電機在的相關功能方面有著比較特殊的要求，下面進行詳細闡述：

第一，新能源汽車的具體電機有著更高層次的效率方面標準和功率密度方面的標準。在新能源汽車中，電機的轉動速度范圍比較大，轉矩范圍中具備較高效率，由此一來，功率方面的損耗程度便會大大降低，在一次性充電之后，新能源汽車的持續性行駛的總距離會有一個較大幅度的提升。

第二，對于新能源汽車來說，電機在調節速度時達到的范圍需要比較廣。在新能源汽車中，恒定轉矩及恒定功率是具體電機所必備的，確保新能源汽車在行駛速度較慢的情況下也能保證較高的恒定轉矩，如此一來，新能源汽車可以在負重情況下開往上坡路，保證新能源汽車在使用時的速度能快速提高，維持新能源汽車的啟用效率；當新能源汽車在行駛速度較快時，對應的電機功率可以較穩定的從外部送往內部，速度的調適有更多選擇，這時，在比較平整的路面上，新能源汽車可以保持高速行駛，新能源汽車還能夠快速超車。

第三，保證新能源汽車正常運行的電機的安全性較高。在任何情況下，電機都要保障新能源汽車的行駛的可靠性，均需保證新能源汽車運行安全比較好，并且具有抵抗沖擊與振動的功能。

第四，保持新能源汽車具體電機相關瞬時功率比較高，維持過載能力相對較大。需維持新能源汽車存在多倍過載功能，可以使新能源汽車能夠較快提高運行速度，并能夠滿足較高坡度運行要求。

第五，為了提升新能源汽車的使用舒適度，新能源汽車的空間利用率需要不斷提高，為了讓新能源汽車轉動的效率更高，新能源汽車的重量應減輕。由此，電機的外殼應選擇材質較輕的金屬制作，電機的質量就會比較小，并減少電機所占的空間。

第六，在符合新能源汽車對電機相關需求的前提下，新能源汽車的電機的電壓應越高越好，盡量減少把直流電能轉變成定頻定壓或調頻調壓交流電的轉換器的成本，與此同時，要做好安全保障，設置高電壓保護裝置，提升電機使用的安全性。

第七，對于新能源汽車來說，對應電機需要提高制動再生效率，新能源的制動狀況要在低速行駛的情況下反映出來，并將動力能源收集至電池中，使得新能源汽車可以恰如其分地利用動力能源，達到環保的要求。

第八，新能源汽車的電機可以較好地應對各種各樣的運行處境。對應新能源汽車運行的電機需要有較高的耐熱和耐潮性能，以便在行駛時可以在較差的環境下正常工作，更好地應對不同的運行處境。

第九，對應新能源汽車運行時的電機還需要其他功能。1.電機可以進行大規模生產；2.電機在運用和修繕方面要有可操作性，一是簡單易操作，二是維護的成本較低；3.電機在運轉時保持較低的音量，不產生噪音；4.電機的結構比較簡潔不復雜。

4 新能源汽車的電機應用情況

新能源汽車改變了傳統的驅動方法，它的能源采用了電力，取代了曾經的燃油，能夠增加可再生能源的使用，達到保護生態環境的效果。內燃機發動新能源汽車靠的是將熱能更換成機械能，無法順應新能源汽車各個零件的需求，為了改變用燃油驅動汽車的方法，新能源汽車的發動機要改燃油發動為電機。電機替代內燃機對新能源汽車進行發動，電機可順利利用機械能發動新能源汽車。這樣新能源汽車工作效能更大，滿足保護生態、節省資源的目的。

隨著科技的發展，新能源汽車改良了部件的操作方法，有手動操作方法改良為自動操作方法。這種操作方法的改良體現在一下幾點：能夠運用電機收起和操控新能源汽車的后視鏡；能夠用電機操控新能源汽車的雨刷、閉鎖系統；能夠運用電機上升或落下新能源汽車的窗戶。

第一，將電機應用于新能源汽車的后視鏡操作系統中，可將手動操控方法改善為自動操作方法。電機可以利用電能，操控新能源汽車的后視鏡方向，這樣操縱后視鏡的方法更加方便且安全，新能源汽車的司機一方面可以將精力集中在駕駛上，不用手動調節后視鏡，另一方面能迅速了解后行汽車的情況，這就增加了行車的安全性，避免交通事故的發生。

第二，可將電機應用于新能源汽車的雨刷和閉鎖系統中。在新能源汽車行駛的過程中，一旦有人將無意中將車門打開，會造成極大的安全隱患。針對這種隱患，閉鎖設置可讓司機操控車內所有的車門，使其開啟或關閉。閉鎖系統大大減少了因車門意外開啟而造成的交通事故的發生率，降低了車輛行駛的安全隱患。電機為閉鎖設置提供動力支持，是新能源汽車平穩安全運行的重要保護裝置。

第三，可將電機應用于新能源汽車的窗戶玻璃操縱系統中。汽車的窗戶玻璃曾經采用手動控制的方法，這多少會分散汽車司機的精力，增加駕駛的危險性。而電機和減速器可以改善這種狀況，實現新能源汽車窗戶玻璃的自動上升和落下。

新能源汽車底盤的電機應用主要包括以下方面，一，將電機運用于助力轉向；二，將電機應用于避免車輪抱死。

汽車依靠電力進行助力轉向。傳統的汽車依靠蓄電池的電力完成助力轉向，這種方式的供能相對不穩定，需要不斷更換電池，一旦電力耗盡，就會給駕駛者帶來不必要的麻煩。而新能源汽車可利用電機為助力轉向提供能源，根據電機電力的大小和對應轉矩狀態，新能源汽車可自行調整轉向，并選擇轉向的速率。

車輪抱死是制動器將輪胎夾緊，輪胎對于制動器沒有相對運動，輪胎相對地面滑動的一種現象。車輪抱死會產生以下后果：大大增加車胎的損耗程度；增加汽車行駛的危險系數，車輪一旦抱死，發生側滑、甩尾、急轉的可能性大大提高。因此，預防車輪抱死是新能源汽車運行的重要課題。新能源汽車可利用電機預防車輪抱死，減少汽車在運行中的危險系數，具體的操作方法是將每個車輪上安裝電動傳感器，檢測車輪的轉動速度，時刻把握輪胎的情況，一旦發現車輪抱死現象出現，會迅速反饋給司機和相對的車輛零件。

5 新能源汽車中關鍵驅動電機系統

矩形波式無刷直流電機和正弦式永磁同步電機是新能源汽車中永磁同步電動機的兩種常用電機。矩形波式無刷直流電機的優點是比較穩定，不被電磁波干擾，不產生換向火花，它的輸出也不易產生波動，這些特點決定了矩形波式無刷直流電機可以使用很長時間。矩形波式無刷直流電機因其高效能、高穩定性，大多數人選擇運用這種電機于新能源汽車中。

矩形波式無刷直流電機也包含一些缺點，它的制作成本比較高，因為矩形波式無刷直流電機系統中的永磁體造價昂貴，整個系統又比較紛亂龐雜。如何簡化未來的矩形波式無刷直流電機的操作系統，如何降低它的制作成本，就成為了相關研究者急需研究、解決的問題。

交流感應驅動電機系統的對應電機一般是三相異步電機。三相異步電機的優點是易于控制，內部的具體構造比較簡潔。三相異步電機的運行系統比較平穩，使用時間可以維持得比較長，維修和保養的頻率可以比較低，這就降低了使用的成本，三相異步電機的使用效果相對來說比較好，和其它類型的電機進行比對，它的性能值和價格值比就較為合理。

三相異步電機的缺點是它所需要的電力比較多，儲蓄在新能源汽車中的電力不能完全維持三相異步電機的運作，所以新能源汽車很難完全依賴三相異步電動機完成長途行駛。與此相應的是，三相異步電機需要大量電力，也提升了它的使用成本。三相異步電機在應用于新能源汽車時，應保持平穩的感應電機功效，防止縮短三相異步電機的有效使用時間。

集中電機完成驅動及將內燃機改成電動形式是新能源汽車中交流感應驅動電動機的兩種常采用的方式。 集中電機完成驅動的成本價格比較能夠被把握，缺點是在生產方面，不易被大批量產出。

6 結束語

綜上所述，新能源汽車電機功能具有多角度、全方位的需要，通過探討新能源汽車電機的具體運用情況，我們可以得出以下結論：電機對于新能源汽車發動機、零部件、底盤來說，具有較高的實用價值；常用于新能源汽車中的關鍵驅動電機系統是永磁同步驅動電機系統、交流感應驅動電機系統等；在新能源汽車中運用電機，可以增強新能源汽車運行的安全性，削減對不可再生能源的消耗，與當今時代的環保主題不謀而合，滿足維護生態環境的要求。