王洪仁
湖南吉利汽车职业技术学院
【摘要】：目前各汽车制造厂家所生产的新能源汽车，主要还是利用电机产生动力或电机与发动机共同产生动力来驱动汽车行驶。并且还要求电机能在一定的条件下产生电能对动力电池充电，以延长汽车的续航里程，因此驱动电机的应用是新能源汽车的关键，本文主要阐述新能源汽车驱动电机的应用技术，为相关应用研究提供理论参考。
【关键词】：新能源汽车；驱动电机；应用技术
1.传统电机与新能源汽车电机特性
1.1.所谓电机就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件，当将电能转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当将机械能转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。传统电机大多只能将电能换成机械能（即电动机）；或者是只能将机械能换成电能（即发电机）。
1.2.大部分新能源汽车的电机能够根据汽车的行驶工况，不仅能作为电动机使用，将动力电池提供的电能转换成机械能，能够独立地输出动力驱动汽车行驶，也能够与发动机一起共同输出动力驱动汽车行驶；也能够作为发电机用，在汽车减速制动时，用车轮的转动力矩带动电机旋转，将机械能转换成电能，给车上的电池补充电能，延长汽车的续航里程，因此大部分新能源汽车的电机既有具有电动机的特性，又具有发电机的特性。
2.新能源汽车对驱动电机的要求
2.1. 驱动电机应该具备较大的启动转矩、良好的启动性能和加速性能来满足电动汽车的频繁启停、加减速或爬坡等要求。要求电机在进行转速或转矩控制时，响应时间要短；同时在外界负载发生阶跃变化时，快速调整电动车的行驶速度和驱动力。
2.2.新能源汽车电机的恒功率范围应该设计得较为宽广，以满足电动汽车高速行驶时的转矩输出，保证实现最高时速。
2.3. 驱动电机应该具备良好的效率特性，提高一次充电后的持续行驶里程，获得85%~93%的效率。
2.4. 驱动电机的外形尺寸要求小，质量轻，功率密度最优化；
2.5. 驱动电机应该具备良好的可靠性，耐温和耐潮湿， 能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便；
2.6. 驱动电机还能在一定工况下，适时有效的回收制动产生的能量。
3.新能源汽车常用的驱动电机的应用
3.1.永磁同步电机
3.1.1.永磁同步电机的结构与原理
永磁同步电动机的定子上有三相绕组，通入交流电后产生旋转磁场。与普通异步电动机的不同是转子上安装有永磁体磁极，而所谓同步，则是指永磁转子的转速与定子绕组上产生的旋转磁场同步。
3.1.3.永磁同步电机在新能源汽车上的应用
由于转子的转速与定子绕组上产生的旋转磁场同步，那么只要控制了定子绕组输入的电流频率，就可控制电动汽车的车速，调速精度高，适合频繁启停的工况，与异步电机比较，具有更高的功率和扭矩密度、高力矩惯量比、高能量密度，是个环保低碳电机，结构简单，便于维护，体积小、质量轻，可延长汽车续航里程，适应空间布置尺寸要求比较高的中小型电动汽车和城市上下班的交通车，等等这些，成了目前国内中小型混合动力和纯电动新能源汽车使用永磁同步电机的充足理由。
永磁同步电机也有缺点：最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，电机结构复杂，成本高和起动困难等。
3.2.异步电机
3.1.1.异步电机的结构与原理：异步电机的转子为一鼠笼式闭合的导体线圈，不直接通入交流电，转子起初为静止；在电动机定子槽中镶嵌有互差120°电角度的三相绕组，按星形或三角形联接，当定子线圈通入交流电后，定子绕组上产生了旋转磁场，使转子线圈上出现了变化的磁场，而产生感应电流，由于磁场对电流会产生作用力，因此使转子开始转动，由于要先使定子上产生旋转磁场，然后转子才开始旋转的，定子上旋转磁场的转速与转子的转速存在一定的相位差，所以又称为异步电动机。
3.2.2.异步电机在新能源电动汽车的应用：异步电机具有成本低、工艺简单、运行可靠耐用、维修方便、而且能忍受大幅度的工作温度变化，但因体积和重量大，会对续航里程和车内空间造成影响，因而不被大多数中小型新能源电动汽车和混合动力汽车选用。尽管如此，异步电动机在重量和体积方面对续航里程和车内空间方面不占优势，但其转速范围广泛，其高达20000rpm左右的峰值转速，并在大幅度的工作温度变化条件下具有优秀的稳定性，如果将其应用在大型或高性能级别的车型上，采用高能量密度的电池，就能够“掩盖”电机重量的劣势。而且即使不匹配二级减速器也能够满足高速巡航的转速需求，正因这样的原因，因而在特斯拉车上就配用了高能量密度的电池，采用了高峰值转速、稳定性强的异步电机，可以说大型城市公交混合动力和高性能纯电动汽车趋向使用异步电机。
3.3.开关磁阻电机
3.3.1.开关磁阻电机的结构特点与工作原理：电动汽车开关磁阻电机与其他类型的电机相比，其结构和工作原理都有很大的不同。开关磁阻电机的基本组成有转子、定子和电子开关等部件，如图2所示。开关磁阻电机转子的作用是构成定子磁场磁通路，并在磁场力的作用下产生电磁转矩而转动，转子由导磁性能良好的硅钢片叠压而成，转子的凸极上没有绕组，转子的凸极个数为偶数，实际应用的开关磁阻电机的转子凸极最少有4个（2对），最多有16个（8对）；开关磁阻电机的定子作用是产生旋转的磁场，定子铁心也是由硅钢片叠压而成的，成对的凸极上绕有两个互相串联的绕组，定子凸极的个数也是偶数，最少的有6个，最多的有18个。开关磁阻电机的定子和转子均为双凸极结构，
当定子、转子凸极正对时，磁阻最小；当定子、转子凸极完全错开时，磁阻最大。开关磁阻电机的工作原理要求，首先是要有“旋转的磁场”，依据磁路磁阻最小原理产生电磁转矩，使转子转动。当定子绕组按照一定顺序通电时，则转子就会连续旋转。当按定子绕组相反顺序通电时，则电机转子就会按相反方向转动。由于开关电路改变旋转的磁场，所以被称之为开关磁阻电机。开关磁阻电机是一种新型调速电机，兼具直流、交流两类调速系统的优点；其核心主要有控制器、开关磁阻电机、功率变换器、位置检测器四部分组成。电动机功率范围从10W到5MW，最大速度高达100,000r/min.起动转矩达到额定转矩的150％时．启动电流仅为额定电流的30％。可频繁起停，及正反转切换可频繁起动和停止，起停及正反转切换可达每小时一千次以上。
3.3.2.开关磁阻电机车上应用：开关磁阻电机作为一种新型调速电机，通过适当的控制设计，具有较强的再生制动能力，并在高速运行区域内能保持较强的制动能力；有良好的散热性能，功率密度大，减少了电机的体积和重量，节省了电动汽车的有效空间，能有效提高电动汽车的续驶里程；开关磁阻电机可以达到良好控制特性，而且容易智能化，成本低，制造工艺简单；电机可控参数多，调速性能好，适于频繁起动、停止及正反转运行。虽然结构简单，但其设计和控制较复杂和精细，电机的主电路较复杂；当电机的凸极数较多时，主接线数就多；电磁转矩的脉动较大；在特定频率下会产生明显脉动谐振，引起的噪音与震动难以控制，因此开关磁阻电机对于家用车领域没有大规模应用；仅适用于大型商用车，国内广泛应用在电动公交车、电动大巴车和电动货车上。
目前，我国新能源汽车交流异步电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统、永磁同步电机驱动系统都已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，随着时间的推移，科技的进步，未来的新能源驱动电机技术将呈现电机本体永磁化、电机控制数字化、电机系统集成化的快速发展势头，作为新一代高性能电机，其自身的优越性必将对新能源汽车产业的发展起到巨大的推动作用。
作者简介：王洪仁1963年生，男性，湖南吉利汽车职业技术学院新能源汽车研究所所长，副教授，本科，研究方向汽车电子智能及新能源应用。