新能源汽车电机

【太平洋汽车网】驱动电机既可以将电能转换为机械能驱动汽车行驶，也可以作为发电机将机械能转换为电能，并存储在动力电池内。电机控制器将动力电池的高压直流电变换为驱动电机的高压三相交流电，使驱动电机产生力矩，并通过传动装置将驱动电机的旋转运动传递给车轮，驱动汽车行驶。

首发于亿配芯城商城ic平台写文章登录新能源汽车驱动电机结构与工作原理1驱动电机的作用驱动电机、电控系统、动力电池是电动汽车的核心部分，称为“三电”。在电动汽车上，驱动电机替代了传统汽车上的发动机和发电机，传统汽车通常是把化学能转换为机械能驱动车辆行驶，而驱动电机既可以将电能转换为机械能驱动汽车行驶，也可以作为发电机将机械能转换为电能，并存储在动力电池内。

电机控制器将动力电池的高压直流电变换为驱动电机的高压三相交流电，使驱动电机产生力矩，并通过传动装置将驱动电机的旋转运动传递给车轮，驱动汽车行驶。图1所示为驱动电机动力传输图。

图1驱动电机动力传输图驱动电机不仅可以驱动车辆行驶，而且可以进行制动能量回收。图2所示为驱动电机制动能量回收示意图。驱动电机在制动、缓慢减速时，整车控制器发出相应指令，使驱动电机转换为发电机发电工况，此时驱动电机会将车辆动能转换为电能，通过电机控制器以电能的形式向动力电池充电。

图2驱动电机能量回收图2驱动电机的特点

1、体积小、功率密度大由于新能源汽车的整车空间有限，因此要求驱动电机的结构紧凑、尺寸小，这就意味着驱动电机和电机控制器的尺寸将受到很大的限制，必须缩小驱动电机的体积，提高电机的功率密度和转矩密度。因此一般选用高功率密度的永磁同步电机作为驱动电机。

2、效率高、高效区广、重量轻新能源汽车驱动电机的第二个特点就是效率要高、高效区要广、重量要轻。由于当前充电桩尚未广泛普及，续驶里程短一直是新能源汽车的短板，提升续驶里程的方法有：1提升驱动电机的效率。

2驱动电机的高效工况区要足够广，保证汽车在大部分工况下都处于高效状态。

3减轻驱动电机重量，间接降低整车功耗，提升续驶里程。

3、安全性与舒适性新能源汽车驱动电机还需关注电机自身的安全性和舒适性。

安全性：即电机的可靠性，电机在恶劣环境下可以正常工作。

舒适性：即电机在运行时不会使驾驶人产生体验上的不适感，应关注电机运行时的振动和噪声情况。

3驱动电机的组成驱动电机组件主要由永磁同步电机、旋转变压器、温度传感器、冷却循环水道和壳体等组成。驱动电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置，是驱动电动汽车行驶的动力装置，是动力总成的核心部件，承担着电能转化和充电的双重功能。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

【太平洋汽车网】新能源汽车有交流驱动电机，从行业配套来看，新能源乘用车主要使用的是永磁同步电机和交流异步电机。其中，永磁同步电机得益于节能、效率、轻量化等优势，使用最多，但由于转子结构较为复杂，且需要使用昂贵的稀土永磁材料，如钕铁硼等，因此出于成本、可靠性等因素考虑，部分车系采用交流异步电机。

车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，发展潜力较大。从新能源汽车的产业链来看，受益端将主要集中在核心零部件领域。国内车用驱动电机行业现状：电机业中的小行业、但制造门槛高，电机驱动系统还存在较多差距与不足，但国内政策扶持将加快产业步伐。

关键词：驱动电机永磁同步电机新能源汽车车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，发展潜力较大。从新能源汽车的产业链来看，受益端将主要集中在核心零部件领域。国内车用驱动电机行业现状：电机业中的小行业、但制造门槛高，电机驱动系统还存在较多差距与不足，但国内政策扶持将加快产业步伐。

作为新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，图1，驱动电机及其控制系统未来发展前景可观。

驱动电机系统简介新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势。在纯电动汽车上体现尤为明显：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠。

传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内，这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。

与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。

电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

相似之处：

1.它们都是马达

看似废话，我想说的是，电动车的电机只是一种电机，没什么特别的。分析方法逃不过常见的电磁分析方法，计算工具都是有限元软件，仿真求解器都是基于瞬态求解器，电磁方程逃不过麦克斯韦方程。没什么大不了的，是有特殊负载要求的电机。

2.分类和控制是一样的

电动汽车也分为感应电机和永磁电机，控制理论和方法与工业电机没有区别。

差异：

1.严格的体积和重量要求

因为是车载，所以这个要求比较突出。普通工业电机对尺寸和重量没有这么严格的要求，因为工业场地巨大，一般都是先达到工业目标。不同的电动汽车，其尺寸和重量决定了其动力性能和驾驶体验，直接影响产品质量。所以电动车电机的难点在于提高功率重量密度和功率体积密度。电机越小越轻越厉害越好。

2.独特的扭矩特性

启动或低速时需要超高扭矩，这样汽车的速度才能以最快的方式提高到所需的速度。通用工业电机没有这么高的启动速度要求。同时，需要在高速时提供足够的动力，使汽车能够高速巡航。

3.调速范围宽

最大速度可能是电机基本速度的四倍甚至更高。目前电动车的最佳解决方案是省去多速变速箱，只使用固定齿轮组。这样电机的转速范围越宽越好。以特斯拉的S型为例，电机最高转速可以达到18000转/分，相当可怕。这是对电力电子调速器的一个巨大考验。

4.全面的效率要求

与电力机车不同，电力机车由受电弓供电，电动汽车由电池供电，续航里程完全取决于电机效率。电机效率每增加1%，续航里程可增加1%。因此，电机的效率非常高。再高一点就是胜利，每一点能量都要优化。

5.其他人

至于低噪音、高稳定性、合理散热、性价比等等，我就不提了。这些是基本要求。

技术细节：

1.扭矩-速度效率分布图：

电动汽车电机的效率分布图应如下：

电动车电机和工业电机有什么异同？

电动车主要在黄区行驶，不会频繁起步，也不会超高速连续行驶，中间会加速减速。所以对于效率范围来说，黄色区域最好有更高的效率。因此，我们希望黄色区域可以在三个方向上延伸，以满足最大的能量利用率。

2.调速曲线：

和普通电机基本类似，区别是恒功率区更宽；最高速度可以达到基本速度的4倍。

3.电机漏磁越小越好！

这与工业电机有很大不同。这主要是感应电机。以直接接入电网的一般工业感应电机为例，转子侧的开槽可以简称为“花式开槽”。有深槽，双槽，斜槽。其中一些设计旨在改善气动特性，一些设计旨在折中低速和高速性能，一些设计旨在减少扭矩波动。但是，这些花式槽都增加了漏磁。电动汽车的电机由逆变器精确控制，因此所有的起动特性都不同于传统电机。因为控制器可以控制启动时的频率和幅度，所以不会有直接接并网电机的缺点。这时候就要求漏磁通量越少越好，槽越浅越宽越好！同时，适当增加气隙宽度，以降低高频谐波分量的阻抗。如果条件允许，尽量用铜鼠笼代替铝鼠笼(高阻)。特斯拉汽车公司的感应电机生动地展示了这些特点：

4.永磁电机

永磁电机主要用于混合动力汽车。混合动力汽车中的电机100%是永磁电机。完美的市场份额。为什么？因为它体积小，重量轻，功率密度高。永磁体分为BLAC(无刷交流)和BLDC(无刷DC)。两个电机结构基本相同，唯一的区别在于控制的电流波形。BLAC是正弦波，BLDC是矩形波。相对来说，BLAC的表现略好于BLDC，但优势不明显。最著名的永磁电机是丰田普锐斯电机：

整机的设计目前已经基本达到了电机设计的极限，可以称之为手工艺。

【太平洋汽车网】驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。

电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。

电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器（逆变器）构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1：1，根据设计原理与分类方式的不同，电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态，使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机，控制系统的原理与方式有很大差别。

图2电动机驱动系统的基本组成框图图3电机的分类（按原理）电动汽车对驱动电机的基本要求比较四种常用电机驱动系统的应用以及优缺点等。

1.电动汽车电机的基本要求有以下几点：

（1）电机结构紧凑、尺寸小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行特殊设计。

（2）重量轻，以减轻车辆的整体重量。应尽量采用铝合金外壳，同时转速要高，以减轻整车的质量，增加电机与车体的适配性，扩大车体可利用空间，从而提高乘坐的舒适性。

（3）可靠性高、失效模式可控，以保证乘车者的安全。

（4）提供精确的力矩控制，动态性能较好。

（5）效率高，功率密度较高。要保证在较宽的转速和转矩范围内都有很高的效率，以降低功率损耗，提高一次充电的续驶里程。

（6）成本低，以降低车辆生产的整体费用。

（7）调速范围宽。应包括恒转矩区和恒功率区，低速运行输出的恒定转矩大，以满足汽车快速启动、加速、负荷爬坡等要求；高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，以满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求。

（8）瞬时功率大，过载能力强。要保证汽车具有4~5倍的过载能力，以满足短时内加速行驶与最大爬坡的要求。

（9）环境适应性好。要适应汽车本身行驶的不同区域环境，即使在较恶劣的环境中也能够正常工作，具有良好的耐高温、耐潮湿性能。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

永磁同步电动机其具有转速范围广、功率密度高、工艺简单、体积小且运行可靠耐用的特点，成为主流实至名归。

在电动汽车发展早期，直流电机被作为驱动电机广泛应用，但是由于其结构复杂，导致它的瞬时过载能力和电机转速的提高受到限制，长时间工作会产生损耗，增加维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，会造成高频电磁干扰，影响整车其他电器性能。因此，目前电动汽车行业已经基本将直流电动机淘汰。

异步电机虽然成本低、维修方便，但效率低、调速性差。只是少量车型选用，但也不乏主流车型，从目前来看，该类电机不会成为趋势。

永磁同步电动机的结构与直流电动机相似，这样便可具备无刷直流电动机结构简单、运行可靠、功率密度大、调速性能好等特点。与此同时，由于永磁同步电动机采用的驱动方式不同于直流电动机，所以，在噪音以及控制环节上，永磁同步电动机更胜一筹。

（图/文/摄： 问答叫兽）小鹏汽车P7 Model Y AION V 理想ONE 蔚来EC6 Model X @2019

什么是电机？

所谓电机，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。

当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。

电动机的发展状态及分类电动汽车经常采用的驱动电机有直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。最早应用于电动汽车的是直流电机，这种电机的特点是控制性能好、成本低。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机表现出比直流电机更加优越的性能，这些类型的电机正在逐步取代直流电机。

下表是电动汽车常用的四种驱动电机性能比较：

★直流电动机优点：成本低、易控制、调速性能良好缺点：结构复杂、转速低、体积大、维护频繁特性：在电动汽车发展早期，直流电机被作为驱动电机广泛应用，但是由于其结构复杂，导致它的瞬时过载能力和电机转速的提高受到限制，长时间工作会产生损耗，增加维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，会造成高频电磁干扰，影响整车其他电器性能。因此，目前电动汽车行业已经基本将直流电动机淘汰。

（图/文/摄： 问答叫兽）蔚来EC6 小鹏汽车P7 MARVEL R 岚图FREE 奥迪A4L Model Y @2019