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技術|四款不同類型的驅動電機對比與介紹

2019-10-08作者:電漾來源:新能源汽車網

  作為電動汽車三大件中的動力系統,電機在電動汽車中的地位無疑是舉足輕重的,它的表現還直接決定了電動汽車的性能,所以對于驅動電機的選擇就顯得尤為重要。目前市面上比較流行的電動汽車電機主要有三類,一是無刷直流電動機,二是交流異步電動機,三是永磁同步電動機等等。根據電動機的驅動原理,下面新能君為大家介紹一下常見的四種驅動電機。

  一、曾經的主流:直流電動機
 

法拉第及其發明的直流電機

  憑借著控制裝置簡單、成本較低等特點,在電動汽車發展早期,直流電動機成為了很多電動車制造廠的首選方案。但同時直流電動機的本身的缺點也非常突出,首先電刷和機械換向器等組成了其自身較為復雜的機械結構,同時還制約了它的過載能力和電機轉速。

  而且在長時間高速大負荷下運行時,換向器表面還會有火花的情況出現,以上這些因素都會影響到整車性能。隨著碳刷的磨損,如果不及時進行保養維護,電動機的可靠性和壽命都會有所降低,目前的電動汽車已經將直流電機基本淘汰。

  二、憂喜參半:交流異步電動機
 


特斯拉及其發明的感應電機

  交流異步電機是當今工業中主流電機之一,它也叫感應電機,它同樣擁有結構簡單,耐用可靠,維修方便等優點。說起感應電機就必須提到其發明者特斯拉,一般其定子鐵心上埋有三相交流繞組,轉子由鐵心和短接的籠型繞組組成,當定子繞組中通以三相交流電時,將產生一合成的空間同步旋轉磁場,切割轉子繞組,從而在轉子籠型繞組中生成電流,該電流又會受到磁場的作用而產生電磁力,驅動轉子旋轉。因為其定、轉子之間沒有相互接觸的機械部件,所以結構上較為簡單,加上免去了磨損部件,運行也更加可靠。與直流電動機相比,交流異步電機的功率更高,質量還輕了二分之一左右。

  但在高轉情況下電機的轉子會出現發熱嚴重等問題,為了保證電機的冷卻,異步電機還需要配備冷卻系統,這也導致了成本偏高。另外運行時還需要變頻器提供額外的無功功率來建立磁場,故與稀土永磁電機和開關磁阻電機相比,異步電機的效率和功率密度偏低。所以,目前新款的特斯拉Model 3已經改用永磁同步電機作為驅動電機了。

  三、綜合性能優異:永磁同步電機
 

  按電動機定子繞組的電流波形的不同,可分無刷直流電機和永磁同步電機兩種類型,這兩種電機在結構和工作原理上大體相同,轉子都是永磁體,減少了勵磁所帶來的損耗,定子上安裝有繞組通過交流電來產生轉矩,所以冷卻相對容易。由于這類電機不需要安裝電刷和機械換向結構,工作時不會產生換向火花,運行安全可靠,維修方便,能量利用率較高。
 

  相比于交流異步電機的控制系統,永磁式電動機的控制系統更加簡單。但是由于受限于永磁材料的限制,在高溫、震動和過流等極端條件下,轉子永磁體會產生退磁現象,所以在相對復雜的工作條件下,永磁式電機容易發生損壞,加上永磁材料高價和稀土資源的緊缺,導致了整個電機及其控制系統成本較高。

  四、未來發展的大方向:開關磁阻電機
 

  相比于其它類型的驅動電機, 開關磁阻電機是一種新型電機,其只有在定子側裝有簡單的集中繞組,轉子上并沒有繞組,所以結構相對較為簡單。定子和轉子均為硅鋼片疊壓而成的雙凸極結構,具有結構簡單堅固、可靠性高、質量輕、成本低、效率高、易于維修等優點,很適合作為電動汽車的驅動電機使用。

  開關磁阻電機的缺點在于有轉矩波動大、需要位置檢測器,控制系統復雜,對直流電源會產生很大的脈沖電流等缺點。其次開關磁阻電動機為雙凸極結構,不可避免地存在轉矩波動,噪聲等問題。

       總結:中國是世界上稀土永磁材料儲量最具豐富的國家,而對于體積相對較小的新能源乘用車來說,目前國內大多數車企還是采用功耗較低、制造成本較高的永磁同步電機為主。而其中具備自主研發電機能力的僅有北汽新能源、比亞迪汽車、蔚來汽車三家,不少企業只能依賴供應商模式。不過隨著新能源車爆發式的增長,市場對于新型的具有高性能、安全可靠、低成本的電機產品的需求將不斷增長,未來具備電機自研能力的企業將會越來越多,讓我們拭目以待一下吧。

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