新能源汽车驱动电机关键技术

胡 勇,关天聪,谭永奖,李志辉

（阳江职业技术学院,广东阳江,529566）

新能源汽车驱动电机关键技术

胡 勇,关天聪,谭永奖,李志辉

（阳江职业技术学院,广东阳江,529566）

本文详细介绍了新能源汽车的驱动电机总成及基本工作过程；对新能源汽车电机的类型及应用情况进行了总结，大量实例说明，永磁同步电动机广泛应用于新能源汽车上，同时具有高功率、高密度等特点；归纳了永磁电机的几项关键技术；概述了永磁电机的设计方案。

新能源汽车；驱动电机；关键技术

0 引言

新能源汽车是大势所趋，目前市场上的新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车。不同品牌、不同类型的新能源汽车的结构不尽相同，但其驱动电机却是基本类似的，在电机功率、转速范围、扭矩等方面略有不同。纯电动汽车是指其电能驱动作为其唯一的驱动动力的汽车。混合动力汽车是指在传统汽车结构中加入电动机和发电机，其中电动机与传统汽车发动机联合提供动力驱动汽车行驶，与传统汽车相比较，加入电动机后的混合动力汽车的综合油耗和动力性能有显著改善。

1 基于节能战略的新能源汽车驱动电机系统

基于节能战略的新能源汽车驱动电机总成就可以实现部分甚至大部分的能量双向转换、储存和传递，车辆加速产生的动能或爬坡产生的势能，在刹车减速或下坡时、滑行时通过电机转换成电能而储存到电池或其它储能部件中，可以用来驱动车辆。相比内燃机发动机、传动等机械结构，新能源汽车电驱动系统具有结构简单、内燃机转换效率高等优点，但是也存在着技术难度大、控制复杂等困难。在国外已有越来越多的电动汽车采用性能先进的电动轮，又称轮毂电机，它用电机，多为永磁无刷式，直接驱动车轮，传统汽车的变速器、传动轴、驱动桥等复杂的机械传动部件在新能源汽车中就没有了，使得汽车结构大大简化。但是驱动电机的要求就严格了，它要求驱动电机在低转速下有很大的扭矩，特别是对于军用越野车，要求电机基点转速与最高转速比值为1:10。近几年，欧美等国将电动轮技术应用于军用越野车和轻型坦克上，并取得了重大成果。

2 新能源汽车驱动电机的应用情况

2.1 驱动电机的应用情况

目前新能源汽车电机的主要为永磁同步电机，其转矩密度高、转矩脉动低、振动噪声小等特点，具有宽广的弱磁范围和高转矩过载能力，可以显著增强电动汽车的启动、加速性能，在电动轿车中，永磁同步电机的应用情况更加凸现其使用价值，近年来新出厂的新能源汽车90%采用了永磁同步电机作为驱动电机。

2.2 驱动电机性能要求

新能源汽车的驱动电机要满足如下要求。

（1）有合适的转矩特性和功率特性。

（2）新能源汽车各种性能指标要优良，尤其是动力性要好，包含低速高启动转矩和爬坡能力、高速恒功率巡航。

（3）要有较宽的调速范围，能以3至4倍基速恒功率运行，在满足逆变器电压情况下有高峰值转矩。

（4）电机效率高低决定了汽车行驶能力，特别是新能源汽车使用一段时间后，电机效率的高低是决定汽车的续航能力的一个重要指标，电机效率越高，续航能力越强。

（5）电机在不同工作状况下运行，会频繁启动、停车和急加速，这时要求有大的转矩，要示电机要有具有短时过载和能力。

（6）运行中具有可靠性和容错能力。

（7）合适的价格。

新能源汽车驱动电机正朝高控制精度化、集成化、高度永磁化、永磁材料新型化、电机运行转速宽、回馈制动效率高、高电机功率和高功率密度等方向发展。

3 永磁同步电机的关键技术

3.1 优化电机转矩性能

近年来，许多研究者在优化电机转矩性能方面做了大量的研究、假设和尝试，已取得不少成果。为了解决槽宽和齿部宽度的矛盾，开发了横向磁通电机，电枢线圈和齿槽结构在空间上垂直，主磁通沿着电机的轴向流通，提高了电机的功率密度；采用双层的永磁体布置，使得电机交轴电导提高，增加了电机的输出转矩和最大功率；改变定子齿形和磁极形状以减少电机转矩脉动等。合理的永磁材料及尺寸，如宽度、厚度、气隙磁密等，也对电机转矩性能优化起到一定作用。

3.2 提高扩速能力

为了提高永磁电机的扩速能力，新能源汽车目前普遍采用弱磁扩速，采用弱磁控制后的永磁同步电机，还可在同行功率情况下，通过降低逆变器容量来提高驱动系统效率。

4 新能源汽车驱动电机的设计方案

4.1 驱动电机类型选择

在转子磁路结构主要有表面式与内置式两种方式，新能源汽车驱动电机上采用内置式转子磁路结构。内置式转子磁路中永磁体位于转子铁心内部，机械强度高，能有效减小电机的尺寸。内置式转子磁路结构漏磁系数大，有助于提高电机的抗去磁能力。由于表面式转子磁路结构的电机难以实现弱磁控制，无法适应汽车的高速运行的要求，一般新能源汽车驱动电机上比较少用。

4.2 驱动电机性能参数初步选取

4.2.1 确定电动汽车受力

电动汽车受力有：地面阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。汽车正常行驶时，由驱动电机提供的驱动力与这些阻力形成平衡关系，这一关系用汽车的行驶方程来表示。

4.2.2 确定电机最大功率

选择电机的最大功率应当大于汽车在此车速下行驶的阻力功率的和，以满足实际负荷需要。通常在此情况下，是指在平滑良好的沥清路面的阻力功率。

4.2.3 确定驱动电机额定转速

根据汽车经常行驶的速度、汽车减速器传动比、减速器传动比、车轮参数来确定驱动电机额定转速。

4.2.4 确定驱动电机转矩

驱动电机转矩峰值主要是通过汽车的爬坡能力来确定，这时忽略加速阻力和空气阻力。

4.2.5 驱动电机基本性能参数的选取

由前面可以看到，新能源汽车驱动电机在设计时，需要与汽车整车参数和目标要求综合考虑，根据汽车整车的整备质量、风阻系数、传动效率、滚动阻力系数、主减速器比、减速器比、迎风面积、滚动半径和汽车的目标性能参数如最大车速、经常车速和爬坡速度与爬坡度等来计算驱动电机的基本性能参数。

4.3 驱动电机的主要尺寸计算

定转子主要尺寸的计算，要考虑至新能源汽车整体设计结构的限制，永磁同步电机必须要明确计算电机功率输出能力与主要尺寸之间的解析关系，以平行齿平底槽为例，解析定子内径与定子外径之间的关系；定子槽型主要尺寸计算可根据上述的推导可以计算出定子内外径的尺寸，然后进行槽型尺寸的计算；永磁尺寸设计计算对于永磁同步电机的设计非常重要，其主要包括磁化方向厚度、磁化方向宽度以及轴向长度；绕组参数的方面，定子绕组是电机的重要组成部分，其主要是提供电流通路的，由于实践中定子绕组的沖类比较多，因此基于新能源汽车的需要，一般会采取三相双层同心绕组，采取星型连接。

5 结语

《中国制造 2025》提出“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、智能控制等核心技术能力。新能源汽车必须不断提高电驱动系统和整车控制系统关键技术，使电动汽车的操控性、安全性和舒适性达到传统燃油车水平，而使用成本、保养成本又比传统燃油车低，这样才会在市场占有一席之地。

[1]王高明． 纯电动汽车的驱动电机系统．

[2]曲荣海，秦川．电动汽车及其驱动电机发展现状与展望． 南方电网技术 ．

[3]杨丽．永磁同步电机已成为新能源车主流电驱动核心．

[4]温有东．电动汽车用永磁同步电机的研究．哈尔滨工业大学．

Key technologies of new energy vehicle drive motor

Hu Yong , Guan Tian cong , Tan Yong jiang , Li Zhi hui
（Yangjiang Vocational and Technical College,Yang jiang Guang dong , 529566）

IThis paper introduces the drive motor assembly and the basic working process of new energy vehicles; the type and application of new energy automobile motor are summarized, a large number of examples, the permanent magnet synchronous motor is widely used in new energy vehicles, but also has the characteristics of high power and high density; summarizes several key technology of permanent magnet motor; summarizes the design scheme of permanent magnet motor.

new energy vehicle; drive motor; key technology