汽车用驱动电机的特点和选型方法

注：表中性能从高到底的符号依次为：◎、○、□

从高效率区来讲，表现出来的结果是永磁同步电机高效率区更宽，这也和电机的本身原理是有关系。像交流异步电机转子一定要励磁，就会损失一部分的能量，永磁电机因为转子永磁体本身可以产生磁场，使得效率占优。对于开关磁阻电机来说，转子上没有永磁体，也不需要感应，完全靠磁阻的变化，所以效率比永磁电机来说更低一些。如果说到调速范围，交流异步电机和永磁同步电机具有同类的调速的性能;如果说到恒功率范围，由于交流异步电机自身的特性，它的恒功率区一定会比永磁同步电机低一些。作为电动汽车驱动电机使用，直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差，很容易发生机械和退磁的故障。开关磁阻电机应用到电动汽车是必然的趋势。

3.电机参数的选择

驱动电机选型主要参考的参数为：最大转矩，峰值功率，额定功率，最高转速，基速。在驱动电机选型时，确定峰值功率的决定性因素是百公里加速时间，确定最大转矩的决定性因素是最大爬坡度。

3.1 驱动电机的额定功率选择

汽车行驶的方程式为[9]：

（1）

其中， Ttq/ Nm为电机转矩，nt为传动系统效率，i为当前挡位的总传动比，ua/(km/h)为车速，g为重力加速度，α/°为爬坡角度，最大质量m/kg、迎风面积A/m2、空气阻力系数CD、车轮滚动半径r/m。

电动汽车需要满足上述力的相互平衡，同时满足功率的平衡。驱动电机的额定功率应当满足纯电动汽车对最高速度的要求。考虑到驱动电机有一定过载能力，可以代入90%最高速度计算额定功率[8]。即额定功率须满足：

（2）

其中umax/(km/h)为持续最高车速。根据式(1)可计算得出额定功率P。

3.2 驱动电机的峰值功率选择

驱动电机的峰值功率应同时满足电动汽车瞬时最高车速，最大爬坡度和加速性能的要求。a.纯电动汽车以某一速度完成最大爬坡时的功率需求为：

（3）

其中，Pmax-i/kW为满足最大爬坡度要求的峰值功率，αmax/°为最大爬坡角度，ui/(km/h)为爬坡车速。代入数据得到Pmax_i。

b.纯电动汽车加速时的功率需求为：

（4）

其中，Pmax_a/kW为满足最短加速时间要求的峰值功率。

对等式两边进行处理并对时间积分，得到：

（5）

其中，Ft/N为驱动力，ut/(km/h)为加速过程的终速，根据动力性能要求应取值100 km/h，t/s为百公里加速时间。要特别注意的是，驱动电机基速前恒转矩，基速后恒功率的特性决定了驱动力Ft为一分段函数，即：

（u≤ui）（6）

（u>ui）（6）

其中ue/(km/h)为驱动电机基速时对应的车速。在驱动电机特性和一挡传动比均未知的情况下，ue也是未知的。驱动电机在基速附近工作时效率最高，据此大致拟定ue的范围。由式(5)和(6)可得要求百公里加速世界小于t时，峰值功率的最小值Pmax_a。

综合比较驱动电机的峰值功率Pmax_a和Pmax-i，取较大者作为驱动电机的峰值功率。3.3 减速机传动比的选择

对于二挡减速机来说，一档的传动比应保证车辆要求的最大爬坡度，二挡的传动比应保证车辆能达到所要求的最高车速，另外还应综合考虑减速机的载荷、润滑、离地间隙、主减中心距等，挡间比不宜过小以便能有效的调节电机转速。减速机换挡规律会影响车辆动力性和经济性能。对于小型乘用车，以加速踏板开度和车速为参数的换挡规律最为常用，根据优化目标不同又可分为动力性换挡规律和经济性换挡规律。动力性换挡规律需要找到一个车速点，在相同油门开度下，此点处的一档驱动转矩与二挡相同。该点就是此油门开度下的换挡点，通过标定不同的油门开度即可得到换挡曲线。经济性换挡规律要让电机尽可能的工作在效率高的区域，同样是求的一点，在相同油门开度的情况下此点一二挡的效率相同，通过标定可得出经济性的换挡曲线。通过以上得出的传动比可通过模拟NEDC循环工况以求的经济性最优的传动比组合。

4.结语

现在国内汽车驱动电机行业，永磁电机的使用是普遍趋势，磁阻式电机是今后发展的方向，但大规模应用仍需时间，至于轮毂电机需要更加长的路要走，驱动电机的基速、最大转矩、峰值功率以及减速机的传动比等重要参数，其匹配对电动汽车的动力性能和能量消耗有显著影响，传动比的匹配不仅要考虑在理论上满足整车的动力性和经济性要求，也要考虑实际工程的约束条件，如离合器最大传递转矩、变速器尺寸及主减速器离地间隙、齿数配比等等。

参考文献：

[1] 陈新亚. 电动汽车为什么会跑. 机械工业出版社 .2016.5.2

[2].Iqbal Husain(美).纯电动及混合动力汽车设计基础.2015.7.1