電動汽車用驅動電機發展現狀與趨勢分析

張勇

摘要：目前，我國電動汽車行業正在不斷發展，相關的生產技術也逐步完善。本文中，筆者即將對電動汽車用驅動電機進行介紹，并就驅動電機目前的發展狀況以及在將來一段時間的發展趨勢作出相關分析。

關鍵詞：電動汽車；驅動電機；現狀；趨勢

1電動汽車用驅動電機概述

目前，電動汽車的不同特性對于驅動電機提出了不同類型的要求。其中，對速度要求較高的電動汽車，要求其電機的瞬時功率及功率密度值較高；而要求電池使用周期較長，充電后可以行使更遠距離的電動汽車，要求電機的效率應相對較高；此外，電動汽車還要求驅動電機具有比較理想的高低速綜合效率，用材堅固，耐用性強，且具有理想的防水性能，性價比高等特性。依據上述要求，目前國內設計生產的比較常見的驅動電機主要包括下述4種類型。

1.1直流有刷電機

直流有刷電機是一種采用直流供電的驅動電機，是最早研發并使用的電動汽車用驅動電機類型，且目前在很多類型的電動汽車中仍舊在廣泛使用。直流有刷電機最大的優勢在于控制特性較好，簡單易于操作，且目前國內的生產技術較為成熟，質量比較穩定。

然而，直流有刷電機之所以后來逐步為其他類型的驅動電機所取代，正是由于其也存在著一些比較突顯的缺陷。首先，由于直流有刷電機具有電刷及機械換向器兩個結構，導致其電機過載能力及速度得不到有效的提高，且使用過程中對零部件的維護成本較高。此外，直流有刷電機的損耗主要發生在轉子部分，這便導致產生的熱量散失難度較大，對轉矩質量比參數需要進一步優化。第三，直流有刷電機在運行過程中，電刷容易因摩擦產生火花，從而形成電磁干擾對電動汽車的正常運行造成不利影響。第四，由于采用的是機械換向器，因此會對電機的容量、轉速等性能造成限制，越來越無法滿足用戶對于驅動電機的需求。

1.2感應電機

目前電動汽車中最為常用的就是交流三相感應電機。此類電機的定子和轉子是通過對硅鋼片進行疊壓后制成的，沒有其他零部件接觸。具有結構簡單，性能穩定，耐用性能優良等特點。此外，該電機的功率范圍較廣；可以通過空氣進行冷卻，也可以通過液體冷卻；同時，對于周邊環境具有很好的適應性能。相比于其他類型的驅動電機，感應電機的質量小，價位低，性價比高，并且保養及維修成本也相對較低。

然而，交流三相感應電機同樣具有比較明顯的缺陷。首先，感應電機的耗電量大，用電成本較高；其次，易發熱，若降溫不及時則會導致電動機過熱受損；第三，功率因數低，對變頻變壓設部的要求較高。

1.3稀土永磁電機

稀土永磁電機工作效率高，功率密度較大，因而通常被應用于中小功率的電動汽車中。稀土永磁電通常為鐵硼稀土永磁體，要求電機運行溫度低，對溫度的控制要為嚴格。目前，比較常見的稀土永磁電機為稀土永磁同步電機和稀土永磁無刷直流電機兩種類型，兩種電機各自具有一定的特性。

其中，永磁無刷直流電動機具有普通直流電動機所具有的優良特性，同時，在其機身結構中又做出了改進，去除了換向器和電刷結構。此外，此類電機轉速快，能力密度及運行效率高，使其在其他類型的電動汽車用驅動電機中脫穎而出。

永磁無刷直流電機的缺點在于功率較小；且磁性材料性能穩定性較差，在特殊的環境（如高溫、過載等）中可能會出現性能退化，從而導致電機使用性能變差。為更好的發揮永磁無刷質量電機的性能優勢，需對使用過程中各環節進行嚴格的控制，避免出現過熱、過載等現象。此外，永磁無刷直流電機結構復雜，用材要求高，技術難度大，因此在生產過程中的造價也相對較高。

1.4開關磁阻電機

開關磁阻電機是近年來新研發的一類電機，具有結構簡單，運行效率高，易于散熱，耐高溫，保養及維修相對容易等顯著特點，因而能夠較好的滿足電腦汽車的應用需求。

但是，與其他類型的電機學相比，開關磁阻電機控制系統結構復雜，為保證控制系統具有較好的操作性能，則須首先電機的位置檢測器處于良好的運行狀態。此外，開關磁阻電機在運行過程中，容易由于電機摩擦而產生比較嚴重的噪聲，但是這一缺陷通過近些年的一系列研究、改進得到了逐步的控制。由于開關磁阻電機具有的上述優勢，加之行業內正投入越來越多的人力、物力進行此類電機的研究及改進，因而此類電機目前正被越來越多的應用到各種類型的電動汽車中。

2電動汽車用驅動電機發展現狀

“九五”以來，我國在電動汽車的研究中投入了更多的關注和支持，電動汽車驅動電機得到了快速發展，并取得了一系列科研成果，目前，這些科研成果正逐步被應用到電動汽車的生產實際中，有效促進了我國電動汽車技術水平的不斷提升。技術科研的最終目的還是要落實到生產實際之中，如今，我國的永磁同步機、開關磁阻電機等以先后實現了與電動汽車生產的結合，并取得了良好的生產效果。隨著我國電機運行效率的不斷提升，電機使用范圍越來越廣，相應的產品質量及技術水平正逐步向國際化看齊。

雖然在電機的不斷研發過程中來看，由于電機的結構比較復雜，且技術難度大，施工環境較差，因而在新技術研發的過程中存在著重重困難。但是隨著我國電動汽車電機研發領域的不斷發展，很多性能優化問題得到了逐步的解決。例如，混合動力系統的實現功能方面，變速箱與內燃機等實現了結構性改進，控制系統的復雜性正逐漸緩解。此外，就電動汽車用驅動電機的使用狀況而言，完全為電力驅動的汽車主要使用交流異步電機，但隨著永磁電機性能的不斷改進，其使用范圍也逐漸加大。而電力、汽油混合動力汽車則使用功率較大的驅動電機，該類電機曾經存在穩定性差、噪音大的設計缺陷，目前也有了顯著的改進，并廣泛的投入到現代化生產之中。

同時，我國仍在不斷改進電動汽車驅動電機的設計樣式，將更多的現代化理念融入到電機的設計之中，并逐步解決了曾經的一系列技術難題，例如多目標高性能車用電機的極限設計等等，將結構集成設計技術應用到電機設計中.一體化設計優勢不斷凸顯。另外，對于混合勵磁電機等一系列高新技術電機，目前電動車驅動電機領域正在進行廣泛的深入研究，且已逐步取得更多的研究成果，雖然該技術領域目前尚未投入到大規模的生產之中，但已通過了多臺臺架試驗，相信在該發展趨勢之下，不久之后便有望投入實際生產之中。

在電動車驅動電機的制造工藝方面，行業內同樣開展了大量積極的研究，并取得了豐富的研發成果，例如高密度繞線技術等在過去尚未解決的技術難題目前已逐步解決并投入到生產實踐之中。

另外，我國在電機系統檢測方面也投入了大量的人力、物力進行研究改良，隨著測試臺架的逐漸完善，目前國內在電機檢測方面已經具有了比較完善的檢測環境，且檢測參數比較全面。在性能檢測方面，各科研機構選擇的研發角度不盡相同，例如有些單位側重于性能檢測的研發，另有一些單位側重于測試規范的研究與完善，但就研究成果方面，目前都取得了不同程度的進步。

此外，對于電動汽車驅動電機之前存在的零部件設計不完善等狀況，科研機構也逐漸開展了原有零部件性能的改進，或取代性產品的開發，例如目前已初步完成了車用電機專用電工鋼的設計研發等，有望逐步投入到實際生產之中。

3電動汽車用驅動電機發展趨勢

3.1電機的功率密度不斷提高，永磁電機應用范圍不斷擴大

隨著用戶對于電動汽車的使用要求不斷提高，原有的電機性能顯然已無法滿足市場的需求，因此，筆者認為，電機將會向著功率不斷提升的趨勢發展。電機是電動汽車的“心臟”，過去由于功率密度不高，且體積尺寸較大，不利于電動汽車性能的提升。在將來，科研及生產機構將著力進行高功率密度的電機研發。同時，隨著永磁電機性能的不斷改進，也將越來越多的被應用到電動汽車驅動之中。

3.2電機的工作轉速不斷提高，回饋制動的高效區不斷拓寬

電機工作轉速的提升也是電動汽車電機發展的必然趨勢，目前在該領域的研發已初獲成果，但科研機構將繼續投入更多的精力已促進該性能的進一步提升。此外，隨著混合動力電機的一體化發展，對于相應的回饋制動也提出了更高的要求，目前回饋制動的范圍正不斷拓寬，從而促進電動汽車的行車里程不斷延長。

3.3電驅動系統的混合度與電功率比不斷增加

雖然目前市場上分布了輕混、中混、強混等各種混合程度的混合動力車型，但從各種混合度車型的節能減排效果來看，混合程度越高，汽車的節能能力越強。電功率占整車功率的比例正在混合動力汽車領域逐漸提高，電機已不再單單作為發動機的附屬設備。各車廠正在逐漸將小排量發動機和大功率電機運用在汽車驅動上。