电动汽车用电机种类分析

于行驶条件（平路、上坡、下坡）和加速度的大小。
Z-V特性图
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P-V特性图 5
驱动特性场
驱动系统理想供应特性场

附着条件限制
低速时不能要求功率为一恒定值，否 则当车速趋近0时，则驱动力趋于+∞， 此时是附着条件不能满足。

驱动系统的动力特性决定
理想状态下最大功率为一常数，则驱动力 F与车速V成反比。
例如：
1、高档轿车对电机体积重量要求高，同时要求低转矩脉动和低噪声，可选用永 磁电机。 2、对跑车、越野车等对加速特性或过载能力要求高及超高速运行能力，应优 选开关磁阻电机。 3、环保车或观光车等车型，对电机性能要求不很高，但对低成本要求高，可优 先用交流异步电机。
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转子结构示意图
电机总成结构示意图
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驱动电机分类
直流电机

直流电机特点
结构简单，优良的电磁转矩控制特 性。直流电机的机械换向结构易产 生火花，其换向器维护困难，很难 向大容量、高速度发展。电火花产 生的电磁干扰，对高度电子化的电 动汽车来说将是致命的,目前已逐渐 被淘汰。
March, 2013
电动车电机种类分析
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部 门：新能源工程研究院
讲 师：刘秀 日 期：2013年03月15日
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content
车辆动力性
驱动特性场 电机特性场 驱动电机分类 总结
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车辆动力性
最高车速
汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的 平均行驶速度。

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驱动电机分类
直流电机

直流电机结构及运行原理
直流电机由定子、转子、换向器、电刷等组成，定子上有磁极，转子有绕组，通电后 转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N 极和S 极之间）的相互吸引下，是电机旋转。改变电刷的位子，就可以改变定转子磁 极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向 定子的磁极的方向就是电机的旋转方向）的方向，从而改变电机的旋转方向。
开关磁阻电机原理图
开关磁阻电机原理图
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驱动电机分类
开关磁阻电机

开关磁阻电机的特点
开关磁阻电机具有简单可靠、在较 宽转速和转矩范围内高效运行、控 制灵活、可四象运行、响应速度快、 成本较低等优点。但开关磁阻电机 有转矩波动大、噪声大、需要位置 检测器、系统非线性特性等缺点， 所以目前应用还受到限制。

加速时间
15 60～100km/h 80～120km/h 60～100km/h 80～120km/h 4挡 4挡 5挡 5挡 10.0 8.0 10 6.0 4.0 2.0 Maranello 宝时捷911 Gallardo 宝马523Li 奥迪A8 宝马750 奔驰S600
5
0
0.0
BMW520I超车加速性能
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直流电机
低 85-89 80-87 4000-8000 一般 差 大 中 DC/DC转换器 最好 1 少
感应电机
中 90-95 90-92 12000-15000 好 好 中 较低 正弦波逆变器 好 3.5 多
永磁电机
高 95-97 85-87 4000-10000 优秀 一般 小 较高 正弦波逆变器/方 波逆变器 好 2.5 多
转子结构示意图
电机总成剖视图
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驱动电机分类
交流三相感应电机

交流三相感应电机的特点
交流三相感应电机结构简单，可靠性 好，使用寿命长，其功率范围宽，转 速可达到12000~15000r/min。可采 用空冷或水冷的方式，对环境适应性 好，并能够实现再生反馈制动。不足 之处在于耗电量较大，转子容易发热， 功率因数较低，并且调速性能较差。
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驱动电机分类
永磁同步电机

永磁同步电机原理
永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子 用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个 磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电 源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为 自励发电机。
汽车应用
布置空间有限，必须根据具体 产品进行特殊设计 温度变化大（-40—105℃） 振动剧烈 极高以保证乘车安全 水冷
需要精确的力矩控制，动态性 较好
较高
工业电机及控制器 图例
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车用电机及控制器图例 17
总结
电动汽车的种类很多，各种车辆的性能指标不同，对驱动电机的 要求也不同。因此针对主要应用特点，选择最适合的驱动电机方案。
开关磁阻电机
较高 <90 78-86 >15000 好 优秀 小 较低 单极性逆变器 好 4.5 较多
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驱动电机分类
工业电机与车用电机区别
项目
功率密度 峰值功率 负荷效率 可靠性要求 冷却方式 控制方式 功率密度
工业应用
空间不受限制，可标准封装配套各 种应用 环境温度适中（-20—40℃） 静止应用振动小 较高以保证生产效率 风冷 多为变频调速控制，动态性较差 较低
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0-100Km/h加速性能
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车辆动力性
最大爬坡度

汽车满载时在良好路面上用第一 档克服的最大坡度。
陆虎------100% 帕杰罗----70% 开拓者----50% 切诺基----30%
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驱动特性场
车辆所需来自百度文库性场

汽车车辆所需的特性是一个特性场。横坐标是车速，可由监视员在最高车速 Vmax限制的范围内自由确定；纵坐标是牵引力Z以及车轮上的功率P，取决
驱动系统理想供应特性场图

车辆最高车速或驱动系统最高转速的极限
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电机特性场
T-N特性图

1994年通用汽车公司向重庆 电机厂订购电动汽车用50Kw 交流感应电机时提出的电机必 须满足的转矩特性图。
电机驱动系统的峰值工作特性 与设定的电机工作制密切相关， 由于混合动力电动汽车与纯电 50Kw感应电机T-N特性图 动汽车中电机驱动系统的工作模式有很大差别， 因此对电机驱动系统峰值工 作 特性(短时工作特性)的定义很难采用统一的指标。纯电动汽车电机驱动系 统采用5min工作制峰值工作动力特性对混合动力电动汽车电机驱动系统采用 1min 工作制峰值工作动力特性。
开关磁阻电机运行示意图

开关磁阻电机的控制
由于开关磁阻电机具有明显的非线 性特性，系统难于建模，一般的线 性控制方式不适于开关磁阻电机系 统。目前主要利用模糊逻辑控制、 神经网络控制等。
开关磁阻电机原理演示
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驱动电机分类
驱动电机性能比较
项目
功率密度 峰值功率 负荷效率 转速范围 可靠性 坚固性 尺寸 成本 控制器类型 操作性能 成本系数 功率器件数

开关磁阻原理
开关磁阻电机有很多不同的结构形式，各有起不同的性能特点。但它的定子和转子铁 心均由硅钢片叠压而成定，转子冲片均有一齿槽，构成双凸极结构，依定子和转子片 上齿槽的多少，形成不同的极数。开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”— —磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。
永磁同步电机转子结构方案示意图

永磁同步电机的控制
永磁电机的控制技术与感应电机类 似，控制策略上主要集中在提高低 速转矩特性和高速恒功率特性上。 永磁同步电机低速时常采用矢量控 制；而在高速运行时，永磁同步电 机通常采用弱磁控制。
永磁同步电机原理演示
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驱动电机分类
开关磁阻电机
机械换向直流电机结构示意图

直流电机的控制
直流电机控制系统主要由斩波器和 中央控制器构成，根据直流电机输 出转矩的需要，通过斩波器来控制 电机的输入电压、电流，来控制和 驱动直流电机的运行。
直流电机原理演示
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驱动电机分类
交流三相感应电机

交流三相感应流电机原理
交流三相感应电机主要由转子和定子构成，在转子与定子之前没有相互接触的滑环、 换向器等部件。在运行时，定子通过交流电而产生旋转磁场，旋转磁场切割转子中的 导体，在转子导体中产生感应电流，转子的感应电流产生一个新的磁场，两个磁场相 互作用则使转子转动。
风冷交流三相感应电机示意图

交流三相感应电机的控制
由于交流三相感应电机不能直接使用 直流电，因此需要逆变装置进行转换 控制。应用于感应电机的控制技术主 要有三种：V/F 控制、转差频率控制、 矢量控制。20 世纪90 年代以前主要 使用前两种控。
交流三相感应电机原理演示
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转子结构示意图
电机总成剖切图
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驱动电机分类
永磁同步电机

永磁同步电机的特点
按照永磁体位置分为三种：表面 突出式、表面插入式和内置式。其 中，内置式永磁同步电机结构灵活 、设计自由度大，有望得到高性能 ，适合用做电动汽车等高效、高密 度、宽调速的驱动电机。不足电机 弱磁困难，调速性能不如直流电机。