新能源汽车驱动电机作用是什么

【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。

驱动电机已经自主开发出满足各类新能源汽车的产品，部分主要性能指标已达到国际先进水平，但是在峰值转速、功率密度及效率方面与国外仍存在一定的差距。峰值转速是电机的重要指标，也是目前国内电机较之国外差距最明显的指标。国内绝大部分永磁同步电机的峰值转速在10000rpm以下，而国外基本在10000rpm以上。国内电机在功率方面基本能够达到国际水平，但是在同功率条件下存在重量劣势，因此功率密度存在较大差距。国内的永磁同步电机功率密度多在（1~2）kw/kg区间内，与2020年3.5kw/kg的目标值存在较大差距。在电机效率方面，国内电机的最高效率均达到94%~96%，已达到西门子、博世等企业的水平，但是在高效区方面，如系统效率大于80%的区域占比方面尚存在一定差距。电机的高效区占比集中在70%~75%，而国外电机基本达到80%。另外，电机的冷却方式已经从自然冷却逐步发展为水冷，国内电机采用水冷为主，国外先进的电机已经发展到油冷电机。

《节能与新能源汽车技术路线图》分析，驱动电机主要发展趋势有以下几个方面：集成化--与整车的电子控制器的集成和机电耦合的集成；高效化--提高功率密度并降低成本；智能化--与整车传感器、控制器配合不断提升驱动系统的性能。

1.2驱动电机的主要分类驱动电机历史悠久，在1885年被美国的尼古拉·特斯拉申请了感应电动机专利，之后不断衍生出各式各样的电动机，被各行各业所广泛使用。下面，按照驱动电机的电源对其进行分类：图1从图1可见，电机的种类繁多，每个电机都有特点。结合市场，简单比较主流驱动电机的性能，如下表：表1上表的经验性统计，结合新能源汽车复杂的工况：频繁停车启动、加速减速、负载爬坡、持续高速、低速蠕动等分析，交流异步电机和永磁同步电机在尺寸、质量、功率密度、效率等优势明显，因此逐渐成为新能源汽车的主流选择。

2新能源汽车对驱动电机的性能要求以内燃机和驱动电机为动力的汽车早在19世纪就开始了较量，经过不断的发展优化、竞争，电动车因充电慢，续航短等劣势成为小众车型，而内燃机最终以其稳定、可靠、加油方便等优势称霸全球。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

新能源汽车电机驱动系统包括电力电子变换器以及相应的控制器。电力电子变换器由固态器件组成，主要作用是将大量能量从电源传递给电机输入端。

控制器通常由微控制器或数字信号处理器和相关的小信号电子电路组成，其主要作用是处理信息以及产生电力变换器半导体开关器件所需的切换信号。电机驱动系统主要部件、储能装置以及电机之间的关系。

新能源汽车电机驱动系统框图功率变换器包括直流变换器和交流变换器，直流变换器用于驱动直流电机，直流变换器用于驱动交流电机。功率变换器是由大功率、快速响应的半导体器件组成。电机驱动系统的电力电子电路中的固态器件的作用是作为通或断的电子开关将恒定电压变换为可变频、可变压的电源。

所有的功率器件都有一个控制输入门极（或栅极或基极）功率器件根据控制器输出的控制信号导通或者关断。在过去的20多年，功率半导体技术迅猛发展，使得直流和交流电机驱动系统朝着小型、高效和可靠的方向快速发展。在纯电动汽车及混合动力汽车电机驱动系统中，最常用的功率器件是IGBT。IGBT的电压、电流范围以及开关频率完全满足电驱动系统的要求。

DC/DC及DC/AC变换器的作用新能源汽车驱动系统控制器管理和处理系统信息以控制电驱动系统的功率流向。控制器根据驾驶员的输入指令进行动作，同时要遵循电机的控制算法。经过几十年的发展，各种电机都有很多种控制算法。在这些控制算法中，有些是用于高性能驱动系统的，另外一些是用于要求较低的调速驱动系统。

电力牵引用的电驱动系统需要响应快、效率高，因此其被归类为高性能驱动系统的范畴。这些电机驱动系统控制算法是计算密集型的，需要快速的处理器及相当多的反馈信号接口。现在的处理器基本都是数字信号处理器，取代了原来的模拟信号处理器。

与模拟信号处理器相比，数字信号处理器不仅可以降低漂移和误差，同时短时间内处理复杂算法的能力方面性能也有了较大的提高。控制器实际上是一个嵌入式系统，其中微处理器、数字信号处理器通过外围接口电子模块进行信号处理。

（图/文/摄： 问答叫兽）Model Y Model 3 Model X AION V 理想ONE 小鹏汽车P7 @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

近年来，伴随着行业的发展，新能源 汽车 逐渐被广泛使用，各大厂商也推出了自家的明星产品。电机作为电动 汽车 最重要的部件之一，各大厂商纷纷选择各类电机运用在自家的产品上。而不同的电机到底有什么差别？又各自被运用到哪些车型上去了？

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 。 直流电动机 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。

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。 应用代表车型：早期部分车型 小结：基本上处于淘汰阶段，应用车型都是早期上市车型。 永磁同步电机

永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型，一种是无刷直流电机，它具有矩形脉冲波电流；另一种是永磁同步电机，它具有正弦波电流。

这两种电机在结构和工作原理上大体相同，转子都是永磁体，减少了励磁所带来的损耗，定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩，所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构，工作时不会产生换向火花，运行安全可靠，维修方便，能量利用率较高。

永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。但是由于受到永磁材料本身的限制，在高温、震动和过流的条件下，转子的永磁体会产生退磁现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏，故这一块还有待继续发展改善。

而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高，目前只有稀土资源丰富的中国比较倾向于使用永磁电机的电动 汽车 驱动方案。像日本、欧洲，要么是使用轻稀土的永磁材料做永磁电机，要么是直接改用无需稀土材料但对控制器设计要求更高的开关磁阻电机。

优点：效率高、结构简单、体积小、重量轻 缺点：成本较高、高温下磁性衰退

特性： 所谓永磁，是指在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动 汽车 的车速将最终被控制。 与其他类型的电机相比较，永磁同步电机最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度，说白了，就是相比于其他种类的电机，在相同质量与体积下，永磁同步电机能够为新能源 汽车 提供最大的动力输出与加速度。这也是在对空间与自重要求极高的新能源 汽车 行业，永磁同步电机成为首选的主要原因。 但是，它也有自身的缺点，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，使得电机容易发生损坏。

应用车型：比亚迪秦、比亚迪宋DM、宋EV300、北汽EV系列、腾势400、众泰E200、荣威ERX5等。 小结： 被广泛使用，成为主流电机，目前被各大新能源 汽车 品牌车型选用。 交流异步电机 交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。

交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动 汽车 上应用最广的电机。 但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，另外运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立磁场，故相与永磁电机和开关磁阻电机相比，异步电机的效率和功率密度偏低，不是能效最优化的选择。 异步电动机应用的较多的地区是美国，这也被人为是和路况有关。在美国，高速公路已经具有一定的规模，除了大城市外， 汽车 一般以一定的高速持续行驶，所以能够让高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。 优点：结构简单、可靠性好、成本易控 缺点：效率低、调速性差

特性： 相比于永磁同步电机，异步电机的优点是成本低、工艺简单、运行可靠耐用、维修方便，而且能忍受大幅度的工作温度变化。 反之，温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。尽管在重量和体积方面，异步电动机并不占优，但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速，即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求，至于重量对续航里程的影响，高能量密度的电池能够“掩盖”电机重量的优势。

应用车型：特斯拉Model S、Modle X、江铃E200、江铃E100、江铃E160、众泰云100S、芝麻E30等。 小结：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。 开关磁阻电机 开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，它的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等优点。

它具有直流调速系统可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，适合作为电动 汽车 的驱动电机使用。业内人士预测，开关磁阻电机将成为电动 汽车 领域的一匹黑马。 特性： 但开关磁阻电机有转矩波动大、需要位置检测器、系统非线性特性，磁场为跳跃性旋转，控制系统复杂；对直流电源会产生很大的脉冲电流等缺点。另外开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。 但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。像目前日本对开关磁阻电机的研究比较深入，日本电产的开关磁阻电机也广泛应用于电动 汽车 、家电等各类行业中。目前中国国内也渐渐有厂家关注这块电动 汽车 驱动电机的未来发展方向 优点：结构简单、体积小轻便、效率高、成本低 缺点：噪声振动大、输出扭矩脉动

应用代表车型：无 小结： 暂未被广泛应用，但未来有可能因为其优良特性，而成为主流电机。 作为电动 汽车 重要组成部件，不同电机的选用，会决定该电动车生产成本与使用情况。对于时下来讲，被广泛应用的尚属永磁同步电机，最主要的两点是可靠性好和成本易控。 -------------------华丽丽的分割线--------------------- 【番外知识储备篇】 外转子电机： 指外壳旋转、轴固定的电机。

特点： 1.外转子电机具有节省空间，设计紧凑且美观的特点。适合安装在叶轮里，具有最佳的冷却效果。无需V型带、附加的张紧带或其他设备。 2.电机使用一对密封的深沟球轴承，寿命长。高精度的球轴承可使振动降到最低，运行噪音低。 3.特殊的鼠笼转子结构及一次压铸成型工艺，确保电机启动平滑，转速高。 4.选用高品质电磁材料及特殊的电磁结构设计，确保电机高效运行，并且更加节能。 5.在电机绕组端装有高灵敏度热保护器，确保电机安全可靠的运行。 内转子电机： 内转子一般极数少，转速高，转矩小；外转子一般极数多，转速低，转矩大。 在转子重量相同情况下，内部转的没有外面转的转动惯量大，所以里面转的kv高，力矩低；外转转动惯量大，从而提高了在不稳定负载下电动机的效率和输出功率。 内转电机的扭力小，转速高，一般用交通工具模型（如车模、船模），而外转子的电机散热较好。

内转子电机和外转子电机的区别 通俗一点来说，两者的区别就是里面转与外面转的区别。 内转子电机是转子电机主轴一起转，电机机座固定，用外壳做定子，内部和主轴做转子。 外转子电机是转子随着电机外壳一起旋转，电机主轴固定，外壳做转子，内部和主轴做定子。 盘式电机： 又叫碟式电机，具有体积小、重量轻、效率高的特点，一般电机的转子和定子是里外套着装的，盘式电机为了薄，定子在平的基板上，转子是盖在定子上的，一般定子是线圈，转子是永磁体或粘有永磁体的圆盘。 除了效率高和体积小外，盘式电机的独特结构使得其还具有很多普通电机无法比拟的优点。比如线圈和定子间的间隙小，其相互感应也效应很小。无刷的结构使得盘式电机的应用更为灵活，包括要求电机大孔径穿孔的情况都能使用。双轴空气间隙结构能够使盘式电机产生自然的泵吸作用，可谓是盘式电机自带的“内置冷却装置”。　

盘式电机在我们的生活中的应用十分广泛，绝大多数普通电机不适用或者难以满足的场合都能见到盘式电机的身影。例如新型的电动 汽车 、混合动力 汽车 以及水下推进器等对发动机重量和体积要求较高的交通工具都会使用盘式电机作为驱动。 总结一下这三种电机： 1、外转子电机扭矩大转速低；

2、内转子电机转速高转矩小；

3、盘式电机轴向尺寸小，散热好，但功率受限制。 在应用方面，轮毂电机应用盘式电机较多；轮边电机应用外转子电机较多。

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有软的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，功率小、效率低，维护保养工作量大；随着电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BLDCM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。 电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现已很少采用。目前应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。 电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在 电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。目前国内电动汽车在大功率载客汽车，给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机，主要是压缩空气的制动方式。

电机在运行过程中会产生大量火花、局部过热和抖动；

进水导致短路烧坏电机；电机过载运行导致换向器短路烧坏，现象就是换向器变黑。

异常电机噪音的原因:

电机与后轮轴连接同心度不符合标准；电刷与换向器结合不好，需要校正调整；里面电机转子上的轴承坏了，需要更换。

电机不转的原因:

保险丝烧断或电源开关损坏。方法判断电源开关是否接通，用万用表欧姆档测量电源开关输入输出间的电阻。如果电阻值为零，则正常；如果电阻值为无穷大，则电源开关坏了。

现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

按电力驱动系统的组成和布置形式不同，纯电动汽车分为机械传动型、无变速器型、无差速器型和电动轮型四种类型。

机械传动型纯电动汽车

由发动机前置后轮驱动的燃油汽车发展而来，保留了内燃机汽车的传动系统，只是把内燃机换成了电动机。这种结构可以提高纯电动汽车的起动转矩及低速时的后备功率，对驱动电动机要求低，可选择功率较小的电动机。

无变速器型纯电动汽车

驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器，采用固定速比减速器，通过电动机的控制实现变速功能。这种结构的优点是机构传动装置的质量较轻、体积较小，但对电动机的要求较高，不仅要求有较高的起动转矩，而且要求有较大的后备功率，以保证纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。

无差速器型纯电动汽车

结构采用两个电动机，通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，每个电动机的转速可以独立调节。当汽车转向时，由电子控制系统实现电子差速，因此，电动机控制系统比较复杂。

电动轮型纯电动汽车

将电动机直接装在驱动轮内（也称为轮毂电动机），可进一步缩短电动机到驱动车轮之间的动力传递路径，但需要增设减速比较大的行星齿轮减速器，以便将电动机转速降低到理想的车轮转速。这种结构对控制系统控制精度和可靠性的要求较高。

电力驱动系统特性

能量转换效率高

无污染、零排放、对环境友好

灵活方便控制工作状态

系统工作状态不会受到外界环境的影响

总体重量不变

无噪声，对环境没有影响

安全性好

何为电动汽车三合一电驱系统技术？

电动汽车三合一电驱系统技术是指将电控、电机和减速器集成为一体的技术，随着电动汽车技术的不断演进，集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势。

目前市面上比较前列的电动驱动系统

GKN吉凯恩（纳铁福）

在不需要纯电动或混合动力驱动时，可以通过一个集成的切断装置将电动机从传动系统中断开，该装置采用了机电驱动离合器。GKN还对齿轮和轴承布置进行了优化，实现更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。

博世Bosch

博世Bosch新动力系统e-axle电动轴，使电动轴驱动可提供更佳的续航力。博世BOSCH电驱动桥特点：高度集成化、简化冷却管路和功率驱动线缆、平台化设计灵活适配不同车型。

ZF三合一电驱系统

采埃孚（ZF）研发的适用于小型和中型轿车的电动车驱动产品，能很好的适应未来的城市交通状况。利用多面压合连接技术来实现铝制推力杆与钢制横结构的链接，具备电能转化效率高和性能优异的特点。