新能源汽車驅(qū)動電機分類、結(jié)構(gòu)及工作原理介紹
電機，顧名思義，就是將電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的一種電力原件。當電能轉(zhuǎn)化為機械能時，電機表現(xiàn)出的就是電動機的工作特性，當機械能轉(zhuǎn)化為電能時，電機表現(xiàn)出的就是發(fā)電機的工作特性，結(jié)合到新能源汽車上，新能源汽車在放電狀態(tài)下驅(qū)動車輛前進或者后退時，表現(xiàn)出的就是電動機特性，在車輛松開加速踏板或者踩下制動踏板時，表現(xiàn)出的就是發(fā)電機特性。
現(xiàn)階段的新能源汽車常用的驅(qū)動電機包括兩種，永磁同步電機及交流異步電機，且大多數(shù)新能源汽車采用的是永磁同步電機，只有少部分車輛采用了交流異步電機。這兩種類型的電機均屬于交流電機。
對于低速電動車來說，更多采用的是直流電機。直流電機也是最早應(yīng)用于電動汽車的電機，這種電機的特點是控制性能好，成本低。但是隨著電子技術(shù)、機械制造技術(shù)及自動控制技術(shù)的發(fā)展，交流電機表現(xiàn)出了比直流電機更加優(yōu)越的性能，所以逐步取代了直流電機。
新能源汽車對驅(qū)動電機的要求
01
新能源汽車輕量化和有效空間的需求使得驅(qū)動電機在達到要求的同時必須重量輕、體積小，降低整車整備質(zhì)量，為汽車動力性和續(xù)航做貢獻。
驅(qū)動電機作為汽車的核心部件，防塵、防水、防震等性能的要求必須符合要求，壽命及可靠性必須和整車一樣，在整個汽車的生命周期基本不會出現(xiàn)任何問題。
在允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能采用高電壓，可以減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。
為了保證續(xù)駛里程長，驅(qū)動電機在整個轉(zhuǎn)速范圍盡可能高效率運行，特別是路況復(fù)雜以及行駛方式頻繁改變時，低負荷運行也應(yīng)該具有較高的效率。
驅(qū)動電機應(yīng)具有汽車行駛所需要的轉(zhuǎn)矩特性，滿足汽車啟動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率及轉(zhuǎn)矩。
目前，市場上新能源汽車的工作電壓基本上在300V以上，對電氣系統(tǒng)包括電機的安全性，都必須符合相關(guān)車輛電氣控制的安全性能標準和規(guī)定。
交流電動機的構(gòu)造是怎樣的
交流電動機主要有兩大部件：定子和轉(zhuǎn)子。定子是最外面的圓筒，圓筒內(nèi)側(cè)纏繞有很多繞組，這些繞組與外部交流電源接通，整個圓筒則與機座連接在一起，固定不動，因此稱為“定子”。
在定子內(nèi)部，要么是纏繞有很多繞組的圓柱體，要么是籠型結(jié)構(gòu)的圓柱體，它們與電動機的動力輸出軸連接在一起并同速旋轉(zhuǎn)，因此稱為“轉(zhuǎn)子”。轉(zhuǎn)子與定子之間沒有任何連接和接觸，但是當定子上的繞組接通交流電源時，轉(zhuǎn)子就會立刻旋轉(zhuǎn)并輸出動力。
交流電動機的工作原理：通電繞組在旋轉(zhuǎn)磁場里轉(zhuǎn)動。電動機中的定子和轉(zhuǎn)子并不接觸，為什么給定子繞組通上交流電后，轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)呢？其工作原理用到兩大電磁定律：電磁感應(yīng)定律和楞次定律。當定子上纏繞的繞組通上交流電后，由于交流電的特性，定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子上的繞組是一個閉環(huán)導體，它處在定子的旋轉(zhuǎn)磁場中就相當于在不停地切割定子的磁感應(yīng)線。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合導體的一部分在磁場中做切割磁感應(yīng)線的運動時，導體中就會產(chǎn)生電流。
根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因，也就是盡力使轉(zhuǎn)子上的導體不再切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)線，這樣的結(jié)果就是：轉(zhuǎn)子上的導體會“追趕”定子的旋轉(zhuǎn)電磁場，也就是使轉(zhuǎn)子追著定子旋轉(zhuǎn)磁場跑，最終使電動機開始旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子電磁場的轉(zhuǎn)速慢一點點（2%~6%），也就是異步運行，所以才將這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動機稱為異步電動機。
永磁同步電動機是怎樣產(chǎn)生動力的
在異步電動機中，轉(zhuǎn)子磁場的形成要分兩步走：第一步是定子旋轉(zhuǎn)磁場先使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流；第二步是感應(yīng)電流再產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。在楞次定律的作用下，轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動，但又“永遠追不上”，因此才稱其為異步電動機。如果轉(zhuǎn)子繞組中的電流不是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的，而是自己產(chǎn)生的，則轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場無關(guān)，而且其磁極方向是固定的，那么根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉(zhuǎn)磁場就會推拉轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子磁場和轉(zhuǎn)子本身，一起與定子旋轉(zhuǎn)磁場“同步”旋轉(zhuǎn)。這就是同步電動機的工作原理。
永磁同步電動機具有較高的功率質(zhì)量比，體積更小，質(zhì)量更輕，輸出轉(zhuǎn)矩更大，電動機的極限轉(zhuǎn)速和制動性能也比較優(yōu)異，因此永磁同步電動機已成為現(xiàn)今電動汽車應(yīng)用最多的電動機。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降，或發(fā)生退磁現(xiàn)象，有可能降低永磁電動機的性能。另外，稀土式永磁同步電動機要用到稀土材料，制造成本不太穩(wěn)定。
相對而言，直流電動機的構(gòu)造與原理要比交流電動機簡單得多。它的定子結(jié)構(gòu)與交流電動機的定子有很大不同，它的定子磁場是一個固定磁場，并不會像交流電動機的定子磁場那樣旋轉(zhuǎn)。它的轉(zhuǎn)子繞組接通直流電源后，也產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)子磁場。當定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用時，根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，轉(zhuǎn)子繞組的一側(cè)就會受到排斥，另一側(cè)則會受到吸引，這樣轉(zhuǎn)子就會在兩個磁場的相互作用下開始轉(zhuǎn)動。但是，由于定子的電磁場是固定不變的，轉(zhuǎn)子繞組只能轉(zhuǎn)半圈就會停止不動（見圖1、圖2）。但是，如果此時采用換向器，將轉(zhuǎn)子繞組中的電流方向改變，也就等同于改變了轉(zhuǎn)子電磁場的方向，從而在同性相斥、異性相吸的電磁原理作用下，轉(zhuǎn)子繞組又會繼續(xù)轉(zhuǎn)半圈（見圖3、圖4）。然后，轉(zhuǎn)子繞組電流再改變方向，轉(zhuǎn)子又會轉(zhuǎn)半圈。就這樣周而復(fù)始，轉(zhuǎn)子繞組中的電流方向總在改變，那么轉(zhuǎn)子就會不停地連續(xù)旋轉(zhuǎn)起來。直流電動機效率低，其換向器和電刷需要定期維護，運行成本高，運用場合有限，可靠性差，因此應(yīng)用較少。
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