电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析

张勇

摘要：目前，我国电动汽车行业正在不断发展，相关的生产技术也逐步完善。本文中，笔者即将对电动汽车用驱动电机进行介绍，并就驱动电机目前的发展状况以及在将来一段时间的发展趋势作出相关分析。

关键词：电动汽车；驱动电机；现状；趋势

1电动汽车用驱动电机概述

目前，电动汽车的不同特性对于驱动电机提出了不同类型的要求。其中，对速度要求较高的电动汽车，要求其电机的瞬时功率及功率密度值较高；而要求电池使用周期较长，充电后可以行使更远距离的电动汽车，要求电机的效率应相对较高；此外，电动汽车还要求驱动电机具有比较理想的高低速综合效率，用材坚固，耐用性强，且具有理想的防水性能，性价比高等特性。依据上述要求，目前国内设计生产的比较常见的驱动电机主要包括下述4种类型。

1.1直流有刷电机

直流有刷电机是一种采用直流供电的驱动电机，是最早研发并使用的电动汽车用驱动电机类型，且目前在很多类型的电动汽车中仍旧在广泛使用。直流有刷电机最大的优势在于控制特性较好，简单易于操作，且目前国内的生产技术较为成熟，质量比较稳定。

然而，直流有刷电机之所以后来逐步为其他类型的驱动电机所取代，正是由于其也存在着一些比较突显的缺陷。首先，由于直流有刷电机具有电刷及机械换向器两个结构，导致其电机过载能力及速度得不到有效的提高，且使用过程中对零部件的维护成本较高。此外，直流有刷电机的损耗主要发生在转子部分，这便导致产生的热量散失难度较大，对转矩质量比参数需要进一步优化。第三，直流有刷电机在运行过程中，电刷容易因摩擦产生火花，从而形成电磁干扰对电动汽车的正常运行造成不利影响。第四，由于采用的是机械换向器，因此会对电机的容量、转速等性能造成限制，越来越无法满足用户对于驱动电机的需求。

1.2感应电机

目前电动汽车中最为常用的就是交流三相感应电机。此类电机的定子和转子是通过对硅钢片进行叠压后制成的，没有其他零部件接触。具有结构简单，性能稳定，耐用性能优良等特点。此外，该电机的功率范围较广；可以通过空气进行冷却，也可以通过液体冷却；同时，对于周边环境具有很好的适应性能。相比于其他类型的驱动电机，感应电机的质量小，价位低，性价比高，并且保养及维修成本也相对较低。

然而，交流三相感应电机同样具有比较明显的缺陷。首先，感应电机的耗电量大，用电成本较高；其次，易发热，若降温不及时则会导致电动机过热受损；第三，功率因数低，对变频变压设部的要求较高。

1.3稀土永磁电机

稀土永磁电机工作效率高，功率密度较大，因而通常被应用于中小功率的电动汽车中。稀土永磁电通常为铁硼稀土永磁体，要求电机运行温度低，对温度的控制要为严格。目前，比较常见的稀土永磁电机为稀土永磁同步电机和稀土永磁无刷直流电机两种类型，两种电机各自具有一定的特性。

其中，永磁无刷直流电动机具有普通直流电动机所具有的优良特性，同时，在其机身结构中又做出了改进，去除了换向器和电刷结构。此外，此类电机转速快，能力密度及运行效率高，使其在其他类型的电动汽车用驱动电机中脱颖而出。

永磁无刷直流电机的缺点在于功率较小；且磁性材料性能稳定性较差，在特殊的环境（如高温、过载等）中可能会出现性能退化，从而导致电机使用性能变差。为更好的发挥永磁无刷质量电机的性能优势，需对使用过程中各环节进行严格的控制，避免出现过热、过载等现象。此外，永磁无刷直流电机结构复杂，用材要求高，技术难度大，因此在生产过程中的造价也相对较高。

1.4开关磁阻电机

开关磁阻电机是近年来新研发的一类电机，具有结构简单，运行效率高，易于散热，耐高温，保养及维修相对容易等显著特点，因而能够较好的满足电脑汽车的应用需求。

但是，與其他类型的电机学相比，开关磁阻电机控制系统结构复杂，为保证控制系统具有较好的操作性能，则须首先电机的位置检测器处于良好的运行状态。此外，开关磁阻电机在运行过程中，容易由于电机摩擦而产生比较严重的噪声，但是这一缺陷通过近些年的一系列研究、改进得到了逐步的控制。由于开关磁阻电机具有的上述优势，加之行业内正投入越来越多的人力、物力进行此类电机的研究及改进，因而此类电机目前正被越来越多的应用到各种类型的电动汽车中。

2电动汽车用驱动电机发展现状

“九五”以来，我国在电动汽车的研究中投入了更多的关注和支持，电动汽车驱动电机得到了快速发展，并取得了一系列科研成果，目前，这些科研成果正逐步被应用到电动汽车的生产实际中，有效促进了我国电动汽车技术水平的不断提升。技术科研的最终目的还是要落实到生产实际之中，如今，我国的永磁同步机、开关磁阻电机等以先后实现了与电动汽车生产的结合，并取得了良好的生产效果。随着我国电机运行效率的不断提升，电机使用范围越来越广，相应的产品质量及技术水平正逐步向国际化看齐。

虽然在电机的不断研发过程中来看，由于电机的结构比较复杂，且技术难度大，施工环境较差，因而在新技术研发的过程中存在着重重困难。但是随着我国电动汽车电机研发领域的不断发展，很多性能优化问题得到了逐步的解决。例如，混合动力系统的实现功能方面，变速箱与内燃机等实现了结构性改进，控制系统的复杂性正逐渐缓解。此外，就电动汽车用驱动电机的使用状况而言，完全为电力驱动的汽车主要使用交流异步电机，但随着永磁电机性能的不断改进，其使用范围也逐渐加大。而电力、汽油混合动力汽车则使用功率较大的驱动电机，该类电机曾经存在稳定性差、噪音大的设计缺陷，目前也有了显著的改进，并广泛的投入到现代化生产之中。

同时，我国仍在不断改进电动汽车驱动电机的设计样式，将更多的现代化理念融入到电机的设计之中，并逐步解决了曾经的一系列技术难题，例如多目标高性能车用电机的极限设计等等，将结构集成设计技术应用到电机设计中.一体化设计优势不断凸显。另外，对于混合励磁电机等一系列高新技术电机，目前电动车驱动电机领域正在进行广泛的深入研究，且已逐步取得更多的研究成果，虽然该技术领域目前尚未投入到大规模的生产之中，但已通过了多台台架试验，相信在该发展趋势之下，不久之后便有望投入实际生产之中。

在电动车驱动电机的制造工艺方面，行业内同样开展了大量积极的研究，并取得了丰富的研发成果，例如高密度绕线技术等在过去尚未解决的技术难题目前已逐步解决并投入到生产实践之中。

另外，我国在电机系统检测方面也投入了大量的人力、物力进行研究改良，随着测试台架的逐渐完善，目前国内在电机检测方面已经具有了比较完善的检测环境，且检测参数比较全面。在性能检测方面，各科研机构选择的研发角度不尽相同，例如有些单位侧重于性能检测的研发，另有一些单位侧重于测试规范的研究与完善，但就研究成果方面，目前都取得了不同程度的进步。

此外，对于电动汽车驱动电机之前存在的零部件设计不完善等状况，科研机构也逐渐开展了原有零部件性能的改进，或取代性产品的开发，例如目前已初步完成了车用电机专用电工钢的设计研发等，有望逐步投入到实际生产之中。

3电动汽车用驱动电机发展趋势

3.1电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩大

随着用户对于电动汽车的使用要求不断提高，原有的电机性能显然已无法满足市场的需求，因此，笔者认为，电机将会向着功率不断提升的趋势发展。电机是电动汽车的“心脏”，过去由于功率密度不高，且体积尺寸较大，不利于电动汽车性能的提升。在将来，科研及生产机构将着力进行高功率密度的电机研发。同时，随着永磁电机性能的不断改进，也将越来越多的被应用到电动汽车驱动之中。

3.2电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区不断拓宽

电机工作转速的提升也是电动汽车电机发展的必然趋势，目前在该领域的研发已初获成果，但科研机构将继续投入更多的精力已促进该性能的进一步提升。此外，随着混合动力电机的一体化发展，对于相应的回馈制动也提出了更高的要求，目前回馈制动的范围正不断拓宽，从而促进电动汽车的行车里程不断延长。

3.3电驱动系统的混合度与电功率比不断增加

虽然目前市场上分布了轻混、中混、强混等各种混合程度的混合动力车型，但从各种混合度车型的节能减排效果来看，混合程度越高，汽车的节能能力越强。电功率占整车功率的比例正在混合动力汽车领域逐渐提高，电机已不再单单作为发动机的附属设备。各车厂正在逐渐将小排量发动机和大功率电机运用在汽车驱动上。