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《电车知识学堂》电动汽车驱动电机知识解析

  • 原创
  • 2019-12-18 09:09
  • 来源:电车资源 大师兄

摘要:事实上,电机的组成和分类方式非常复杂,所以我们重点来看看四种比较常见电机的特点和区别,即永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机、轮毂电机。

【电车资源 用车频道】上期我们分享了动力电池篇的知识解析,这次我们再来说说纯电动汽车核心三大部件之一的电驱系统,电机驱动系统是直接将电能转换为机械能,再使用机械能产生动能。毫无疑问,电驱系统的核心装置就是电机。

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事实上,电机的组成和分类方式非常复杂,所以我们重点来看看四种比较常见电机的特点和区别,即永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机、轮毂电机。

● 什么是永磁同步电机

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

永磁同步电机是目前纯电动乘用车应用最广泛的电机类型,这类电机是让转子采用永磁体,定子为通电绕组,通电绕组产生的旋转磁场和永磁体相互作用产生扭矩,同时转子的转速始终与定子的旋转磁场转速保持同步,因此不需要安装电刷和机械换向结构。

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

由于这类型的电机重量轻、体积小、没有转速差,因此永磁同步电机具备高效率、高转矩过载能力、高功率密度以及低噪声等一系列优点,所以也因此受到很多车企的喜爱,市面上绝大多数家用的主流电动汽车都搭载着永磁同步电机。

当然,无人不知的永磁同步电机也不是没有缺点的。比如说在极端复杂的工作条件下,转子上的永磁材料可能会发生磁性衰退的情况。而为了保证永磁材料的稳定性,必须加入稀土元素,但这样一来就会提高整个电驱系统的制造成本。

● 什么是交流异步电机

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

交流异步电机,又叫感应电机。它的工作原理是让定子绕组之后形成的旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而带动动子旋转。与此同时,由于转子的转速总是低于磁场同步转速,所以这类电机被称为异步电机。

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

与其它类型的电机相比,交流异步电机的特点在于结构简单、低速高扭矩、可靠性高、更适合高速运转、更容易获得大功率等。但是,交流异步电机在高速运转的情况下,转子容易发热严重,对于其冷却系统提出更高效也更复杂的要求。此外,异步电机的控制系统也相对复杂,相对永磁同步电机而言,交流异步电机的功率密度和效率都稍逊一筹,特别是低速运转下效率偏低。

目前来看,市面上采用交流异步电机的家用纯电动车型依然很罕见,目前主要集中在特斯拉车型和一些搭载前后双电机的纯电动车型,最熟悉的如Model S和蔚来ES6性能版。

● 什么是开关磁阻电机

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开关磁阻电机对于大多数人来说有点陌生,它是新发展起来的一种调速电机,这类电机的结构更为简单、成本更低。开关磁阻电动主要由开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器、转子位置检测器四部分组成。开关磁阻电动机(SRM)是SRD中实现机电能量转换的部件、转子没有绕组也没有永磁体,定子只有少数几个绕组,具备可靠性高、效率高、散热特性好、起动转矩大/电流小,调速范围宽,适合高转速运转等优点。

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

不足之处是转矩脉动大,容易引起较大的震动,这点是因为转子上产生的转矩是由一系列脉冲转矩叠加而成的,但由于合成转矩并不是恒定转矩,对该电机的低速运转性能有所影响。此外,开关磁阻电机带来的噪音也比其他类型的电机要大得多,严重影响用户体验。虽然在家用电动车型上很难看到开关磁阻电机的身影,但在一些纯电动公交车、大巴上还是有它的一席之地。

● 什么是轮毂电机

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

轮毂电机,顾名思义就是在车轮内装配电机,同时将一系列的驱动系统、传动系统、制动系统都整合到轮毂内,从而简化大量的机械部件,同时有利于提升传动效率。目前来看,应用于轮毂电机的类型主要有四种,永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机、横向磁通电机。从驱动方式来看,纯电动汽车采用的轮毂电机多为外转子型,它具有结构简单、噪音低、输出转矩大、调速范围宽等优点。

《电车知识学堂》电动汽车驱动电机篇知识解析

虽然不少车企都在大力发展轮毂电机技术,但现阶段仍只有极少数的量产车在使用。目前制约轮毂电机大规模使用的原因有很多,首先是轮毂电机的重量,由于电机本身采用了很多金属和永磁材料,如果继续在悬架下方增加电机,那么簧下质量将会变得更重,不利于日常驾驶,甚至在极端条件下难以控制。

狭小的内部空间是轮毂电机面对的又一大难题,由于车轮空间有限,若是将电机、传动系统、制动装置都集成在一起,电机散热十分困难,而且电机、制动机械部件因此也很难做大,导致动力和制动力都受到较大的限制。不得不说,轮毂电机是一个美好的技术设想,不过结合目前的可靠性、散热性能、协调控制等技术难题,轮毂电机在优化升级的过程中还有一段很长的路要走。

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