电动机的特点对电动汽车的影响

(重庆交通大学 重庆 400074)

一、驱动电动机的分类

虽然电动机的种类繁杂，用途广泛，但能够在汽车上应用需要满足诸如质量、体积、散热以及功率等需求的电动机就显得凤毛麟角了。能够满足这些要求的驱动电机可分为：直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。

二、电动汽车典型驱动电机的分析及相较于传统内燃机的优势

交流电动机是各类电动机中应用最为广泛的一种。交流电动机通常按转子的结构和定子绕组的相数进行分类。按转子的结构可分为笼型和绕线型，按定子绕组相数来分，可分为单相和三相。在电动汽车中，笼型交流电动机应用较为广泛，具备诸多优点，下面对此进行分析：

1.转动原理

切割转子绕组→E=BLV→产生感应电动势，出现感应电流→F=BIL→产生电磁力→产生了电磁转矩→转子转动，转速为n

必须使转子和旋转磁场产生相对转动，才能产生感应电动势E，否则将无转子电动势和转子电流。不产生转矩。转子转速n与旋转磁场的同步转速n0之差△n=n-n0，而转差率s等于△n与磁场的同步转速n0之比。

2.电路分析

①定子电路

U1=4.44f1N1φ N1：每相定子绕组的匝数 f1:电源频率 φ:旋转磁场的磁通

f1=pn0/60

②转子电路

转子的感应电动势E2=4.44f2n2φ，而转子频率f2=sf1，则有E2=4.44sf1N2φ

而只有当转子转速n=0时，s=1，此时E2最大，为E20=4.44f1N2φ，转子转动时的感应 电动势E2=sE20。

转子的感抗X2=2πf2L=2πsf1L，同理s最大=1时，X2最大取值为X20=2πf1L。

转子电流I2=SE20/z，z等于R的平方与sx20平方之和开根号。

转子电路的功率因数cosφ2=R2/z。

当转差率s很小时，功率因数cosφ2趋于1；当s较大时，功率因数cosφ2较小。

从而得到：转子转动时，电路中的各个量都与转差率s有关，根本上是与转子转速n有关。

3.电动机的转矩与机械特性

①电动机的额定转矩TN=9550×P/n

②最大转矩Tmax=KU1×U1/2X20

③过载系数λ=Tmax/TN λ一般在1.8至2.2之间工作时必须使Tmax>T2，否则电机将会停转。

④启动转矩Tst与U1平方成正比，在一定范围之内与R2也成正比，适当增加R2可以使得Tst增大。

启动的条件为:Tst>T2，否则电机无法启动。

介绍完以上电动机的转矩概念后，下面来分析电动机的运行，并与内燃机做一对比:

①若轮上负载T2增大→则T2>T→转子转速n减小→转差率s增大→电磁转矩T与转差率s成正比→电磁转矩T增大→使得T=T2→达到新的平衡

②若轮上负载T2减小→则T2

三、电动机在汽车上应用而带来的优缺点

交流异步电动机具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、维护方便、价格低、体积小，质量轻、环境适应好、噪声低。这些优点悉数体现在电动汽车上:

第一，上面所提到的这种通过负载的变化而自动对输出转矩的调整的能力称为电动机的自适应负载的能力，相比于传统的内燃机，具有非常大的优势，传统的内燃机只能通过操作者人为的调节油门的深浅来对此进行控制。而且电动机具有很强的功率容量覆盖面，可以满足不同种类汽车的实际需求，扭矩输出范围大，提速相比于传统的内燃机的实际表现可以用大幅提升来形容。同时又省去了传统汽车需要的发动机、变速箱、排气系统，降低了汽车车身的重量，减少了能源的消耗。

第二，如今最发达的汽油机做到的热效率能够达到百分之四十左右。而现在，国际领先的电动机可以轻松达到百分之九十以上的，降低了能量的损失，提高了能量的利用率，同时在后期的维护保养方面，电动汽车依然具有诸多优势，免去了传统汽车复杂的维护手段，降低了后期维护保养所需的成本，体现出电动汽车的另一个优势。在环保模式下，电动汽车的噪声很小，消除了传统汽车的噪声污染，但是在某些特殊情况下，这种号称零噪声的优点也有不好的影响，例如视力有障碍的人无法通过声音的大小来判断距离的远近，虽然某些电动汽车也专门为此做了一个噪声控制系统来降低这种影响，但是仍需要进一步改进。再一个就是震动的控制上，电动汽车因为没有了传统汽车的发动机和变速箱这两大震动来源，行驶起来的静谧性以及同等隔音条件下车厢内NVH都相比于传统的汽油车和柴油车有了质的飞跃。

第三，传统汽车是通过摩擦制动作用，将车辆的动能转化成热能耗散掉。因此造成了大量的能量耗费，使得效能降低。而电动车所具有的制动能量回收技术是一个种能够将自动产生的热能转化成机械能，最终储存在电池中，从而增加电动车的续航里程。电动汽车正常行驶时，电动机将电能转化为机械能。通过切割电磁绕组产生感应电动势，出现感应电流产生电磁力，这种输出为电磁转矩，这个力最终成为轮上输出的扭矩。而在汽车的减速和制动时，切断电源的电能供给，电动汽车的电机惯性传动。通过电路切换，向转子提供小功率的励磁电源，产生磁场，磁场旋转，切割定子绕组，产生感应电动势。此时电动机反转，发挥了相当于一个发电机的作用，而通过这种方法产生的电能，最终又重新和储存在蓄电池内，使得电动车的续航里程，得到了进一步的提高。

四、驱动电机的未来走向

新能源汽车驱动电机目前有以下几个发展方面:轻量化、高效性、更好地转矩特性、较长的使用寿命以及较高的可靠性、成本低廉、噪声小。而汽车驱动电机则体现了以下几点发展趋势:

①电机本体永磁化。永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等诸多优点。而我国则拥有世界上3/4的稀土资源，因此，高效能的永磁电机则理所当然的成为我国驱动电机未来的一个发展趋势。

②电机控制数字化。用来提高电机的控制精度，减小系统的体积。

③电机系统集成化。通过机电集成和控制器集成，减少驱动系统的重量和体积同时有效降低系统的制造成本。