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电动机的发展与分类-新能源汽车构造与原理

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】: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4类。目前,电动汽车行业已经基本将直流电机淘汰。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。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。

电动机的发展与分类-新能源汽车构造与原理

电动汽车经常采用的驱动电机直流电机异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机4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。作为电动汽车的重要组成部件,不同电机的选用,会决定该电动汽车的生产成本和使用情况。目前,广泛应用的是永磁同步电机,其最主要的优点是可靠性好和成本易控。表3-1为电动汽车常用的4种驱动电机的性能比较。

表3-1 电动汽车常用的4种驱动电机的性能比较

(一)直流电机

1.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,直流电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。目前,电动汽车行业已经基本将直流电机淘汰。

2.特点

①优点:成本低、易控制、调速性能良好。

②缺点:结构复杂、转速低、体积大、维护频繁。

3.应用代表车型

基本上处于淘汰阶段,应用车型都是早期上市车型。

(二)异步电机

1.特性

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。尽管在质量和体积方面,异步电机并不占优,但其转速范围广泛以及高达20 000 r/min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,至于质量对续航里程的影响,高能量密度的电池能够“掩盖”电机质量的优势。

2.特点

①优点:结构简单、可靠性好、成本易控。

②缺点:效率低、调速性差。

3.应用车型

只是少量车型选用,但也不乏主流车型,如特斯拉Model S、特斯拉Modle X、江铃E200、江铃E100、江铃E160、众泰云100S、芝麻E30、康迪K17等。如图3-1所示为使用异步电机的部分车型。从目前来看,该类电机不会成为趋势。

(www.xing528.com)

图3-1 使用异步电机的部分车型

(三)永磁同步电机

1.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。所谓同步,是指转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。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,永磁同步电机最大的优点就是具有较高的功率密度与转矩密度,也就是说,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。

2.特点

①优点:效率高、结构简单、体积小、质量轻。

②缺点:成本较高、高温下磁性衰退。

3.应用车型

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,如比亚迪秦、比亚迪宋DM、比亚迪宋EV300、北汽EV系列、腾势400、众泰E200、荣威ERX5等,如图3-2所示为使用永磁同步电机的部分车型。

图3-2 使用永磁同步电机的部分车型

(四)开关磁阻电机

1.特性

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,为定、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。

2.特点

①优点:结构简单、体积小、轻便、效率高、成本低。

②缺点:噪声大、震动大、输出扭矩脉动。

3.应用代表车型

暂未被广泛应用,但未来有可能因其优良的特性而成为主流电机。

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