電動汽車驅動電機發展現狀分析

摘要：近年來，環境和能源問題正引起人們的高度重視，因此研發節約能源、少污染甚至無污染的綠色新能源汽車已成為全球的熱點。驅動電機作為純電動汽車的核心零部件，其性能直接關系到電動汽車的動力性和能源轉化效率，同時還需要滿足汽車結構尺寸的限制及復雜工況下的運行條件。本文重點對電動汽車驅動電機進行介紹，并對電動汽車驅動電機目前的發展現狀進行分析。

關鍵詞：電動汽車;驅動電機;現狀

0引言

純電動汽車指僅由電能驅動的電動汽車，我國2012年發布的《節能與電動汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中所指的純電動汽車為符合國家“雙80”標準的電動汽車。純電動汽車技術主要包括動力電池及電池管理技術、驅動電機及其控制技術、整車控制技術等。受限于電池技術的發展，電動汽車目前面臨的最大問題主要為續航里程及成本問題，在電池能量密度低這一“瓶頸”問題沒有取得重大突破之前，提高驅動電機系統的效率顯得尤為重要。

1電動汽車驅動特點分析

驅動電機作為純電動汽車的核心零部件，其性能直接關系到電動汽車的動力性和能源轉化效率，同時還需要滿足汽車結構尺寸的限制及復雜工況下的運行條件。因此，電動汽車除了要求驅動電機效率高、重量輕、尺寸小、功率密度大、扭矩密度大、可靠性高以及成本低以外，還必須能夠滿足汽車的頻繁起動、停車、爬坡、急加速、急減速和倒車等復雜工況要求。這就要求驅動電機還需要具備寬廣的調速范圍和較大的過載能力，以滿足低速時高起動扭矩和爬坡能力，高速巡航時恒功率輸出能力。同時為進一步提高電動汽車的續駛里程，還要求驅動電機具有能量回收功能，即在車輛減速或者制動時將車輛的部分動能回收，轉化為電能存儲到動力電池中。

綜合上述要求及特點，目前比較常見的可作為電動汽車驅動的電機主要有四種：直流有刷電機、交流異步感應電機、開關磁阻電機、永磁同步電機。

1.1直流有刷電機

直流有刷電機因控制簡單、生產技術成熟在電動汽車發展早期得到了廣泛的采用。但因其結構上存在電刷和換向器而限制了電機的轉速和過載能力，同時其運轉時會產生火花，可靠性較差，需要經常維護保養，目前在電動汽車驅動系統中已經被淘汰。

1.2交流異步感應電機

交流異步感應電機與直流電機相比，效率高、功率大、結構簡單，無電刷和換向器，可靠性高、便于維護。但與永磁電機相比，其存在損耗大、功率密度低、發熱量大、功率因數低等缺陷，在電動汽車中的應用也逐漸被永磁電機所取代。

1.3開關磁阻電機

開關磁阻電機是近年來新研發的一種電機，具有結構簡單、運行效率高、易于散熱、耐高溫以及維護方便等顯著特點，能夠較好地滿足電動汽車的需求。但其扭矩脈動嚴重，電機運行噪聲大，與永磁同步電機相比效率和功率密度均偏低，限制了其在電動汽車中的應用。

1.4永磁同步電機

永磁同步電機采用永磁體直接勵磁，具有體積小、無勵磁損耗、效率和功率密度高、功率因數高、轉矩脈動小、振動和噪聲小、可靠性高以及維護成本低等優點，已經逐漸取代其他類型的電機作為電動汽車的首選。但永磁材料在高溫、振動以及過流的條件下，會產生不可逆的退磁現象，這會降低永磁電機的性能。因此還需通過技術、工藝等方面的研究來提升永磁同步電機的性能水平。

2國內外研究現狀

在19世紀20年代，人類發明的第一臺電機就是由永磁體產生勵磁磁場的永磁電機。隨著永磁材料的不斷發展，人們相繼發現鋁鎳鈷永磁、鐵氧體永磁、稀土鈷永磁以及釹鐵硼永磁等永磁材料。特別是20世紀80年代出現的釹鐵硼永磁材料，價格相對較低、磁性能優異，具有很大的矯頑力、很高的剩磁密度和磁能積。同時伴隨著電力電子技術和控制技術的高速發展，使許多傳統的電勵磁電機被永磁電機所取代。

永磁同步電機具有高控制精度、高效率、高功率密度以及低噪聲等優良特性，使其在電動汽車驅動方面具有較高的應用價值。目前日本、歐美及中國等汽車廠家及科研機構均進行了大量的研究并且得到了廣泛的應用。

日本的電機技術全球領先。日本研發的電動汽車普遍采用永磁同步電機。1996年日本豐田公司推出全球第一款量產的混合動力汽車普銳斯便是以永磁同步電機作為驅動電機。其第一代電機采用表貼式永磁體結構，第二代采用內置式永磁體結構，兩代電機均采用8極48槽的極槽配合。

日本電機工程研究實驗室推出的內置式雙層永磁體的永磁同步電機，使電機的效率、轉矩等性能大大提高。2007年豐田公司推出的凱美瑞混合動力汽車，其搭載的永磁同步電機定子同樣采用8極48槽的極槽配合，轉子永磁體采用“V”型結構布置。2010年日產推出全球第一款量產的純電動汽車聆風，同樣采用了永磁同步電機作為驅動電機。

歐洲各國大部分也采用永磁同步電機作為電動汽車的驅動電機。德國寶馬公司推出的純電動汽車i3和i8采用了具有自主知識產權的混合式永磁同步電機作為驅動電機，該電機具有永磁電機和磁阻電機的雙重優點，大大提高了永磁同步電機中磁阻轉矩的利用率。英國謝菲爾德大學的Zhu ZO、Chen JT等科研人員在永磁同步電機的結構設計上進行了大膽的嘗試和革新，開發了橫向磁通電機，并采用雙層永磁體布置，同時改變定子齒部形狀和磁極形狀，提高了電機輸出轉矩，降低了轉矩脈動。

美國SatCon技術公司研發的汽車驅動用永磁同步電機，其定子采用雙套繞組結構，汽車起動和爬坡時采用低速大扭矩繞組，汽車高速巡航時采用高速恒功率繞組。該技術增加了電機的調速范圍，使電機的繞組電流低，逆變器電壓利用率高，同時電機各區間運行時均可獲得較高的效率。

國內，沈陽工業大學在汽車驅動用永磁同步電機方面的研究一直處于領先地位。徐衍亮博士提出的轉子外圓偏心技術優化氣隙磁密波形取得了較好的效果，但優化后交軸磁阻變大，電機凸極率降低，不利于提高磁阻轉矩。吳延忠、郭振宏等人研究了內置式永磁體磁路結構中，隔磁磁橋尺寸和極弧系數對空載氣隙磁密波形的影響，并提出了優化方案。

中國作為全球最大的純電動汽車市場，電動汽車技術的發展突飛猛進。包括比亞迪、奇瑞新能源、北汽新能源、吉利、和江淮等電動汽車廠商都無一例外地采用了永磁同步電機。

經過調研，表1給出了近幾年國內外主要車企電動汽車驅動電機的種類和相關參數，除特斯拉采用交流異步感應電機作為驅動電機外，其余均采用永磁同步電機。

3結束語

總體上，我國永磁同步電機的技術水平與歐美、日本等發達國家還存在差距，還需要進一步加大研究。但我國稀土資源豐富，加上國家一系列政策的支持，使國內電動汽車及驅動電機技術的發展進入了快車道。