電動汽車電機基本介紹

電機：泛指能使機械能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機械能的一切機器。特指發(fā)電機、電能機、電動機。

電動機：俗稱馬達(dá)，是一種將電能轉(zhuǎn)化成機械能，并可再使用機械能產(chǎn)生動能，用來驅(qū)動其他裝置的電氣設(shè)備。

由于電動汽車采用動力電池作為車載能源，其容量受到限制，為盡可能的延長續(xù)駛里程，大多數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)都采用了能量回饋技術(shù)，即在汽車制動時，通過控制器將車輪損耗的動能反饋到電池中，并使電機處于發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電輸送到電池中。因此，電動汽車的驅(qū)動機應(yīng)該稱為電機，而不是我們習(xí)慣稱呼的電動機。例如中大青山采用的雙定子磁懸浮復(fù)合轉(zhuǎn)子電機既能將電能轉(zhuǎn)化為機械能，又能將機械能轉(zhuǎn)化為電能。

電動汽車電機類型及其特點

電機分類

除了發(fā)電功能外，電動汽車的電機主要還是起電動機的，所以我們以電動機來分類：（只作簡單分類）

1、按工作電源種類劃分：可分為直流電機和交流電機。

直流電機：

按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電機和有刷直流電機。

又可分為永磁直流電機和電磁直流電機。

永磁直流電機按材料又分為稀土、鐵氧體、鋁鎳鈷永磁直流電機。

電磁直流電機按勵磁方式又分為串勵、并勵、他勵和復(fù)勵直流電機。

交流電機可分：單相電機和三相電機

2、按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分：可分為直流電機、異步電機、同步電機。

異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。

同步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。

3、按用途分，有驅(qū)動電機和控制用電機。

4、按運轉(zhuǎn)速度分，有高速電機、低速電機、恒速電機和調(diào)速電機。

低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。

電動汽車電機工作原理

1、交流電機

單相異步電機通過電容移相作用，將單相交流電分離出另一相相位差90度的交流電。將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機線圈繞組，就在電機內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，被旋轉(zhuǎn)磁場推拉進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子必須切割磁力線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速，故稱異步電機。

三相異步電機不必通過電容移相，本身就有相差120度的三相交流電，故產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場更均勻，效率更高。

永磁同步交流電動機的磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，轉(zhuǎn)速與交流電頻率為整倍數(shù)（分?jǐn)?shù)）關(guān)系（視轉(zhuǎn)子線圈繞組數(shù)而定），故稱同步電機。

轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，定子通過線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的電機，按轉(zhuǎn)子線圈與定子線圈的串、并聯(lián)關(guān)系分別稱串勵、并勵電機。

2、直流電機

直流電機有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子上有磁極（繞組式或永磁式），轉(zhuǎn)子有繞組，通電后，轉(zhuǎn)子上形成磁場（磁極），定子和轉(zhuǎn)子的磁極之間有一個夾角，在定轉(zhuǎn)子磁場（N極和S極之間）的相互吸引下，使電機旋轉(zhuǎn)。改變電刷的位置，就可以改變定轉(zhuǎn)子磁極夾角（假設(shè)以定子的磁極為夾角起始邊，轉(zhuǎn)子的磁極為另一邊，由轉(zhuǎn)子的磁極指向定子的磁極的方向就是電機的旋轉(zhuǎn)方向）的方向，從而改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。

電動汽車電機結(jié)構(gòu)

1、永磁式直流電機：

由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。

定子磁極采用永磁體（永久磁鋼），有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。

轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間（三槽即有三個繞組），其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。

電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。

2、無刷直流電機：

由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。

無刷直流電機的特點是無刷，采用半導(dǎo)體開關(guān)器件（如霍爾元件）來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點。

位置傳感器按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流（即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換）。

位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返龋┭b在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元件。

采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。

采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等），當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化）。

定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。

電動汽車電機特性

用于電動汽車的驅(qū)動電機與常規(guī)的工業(yè)電機不同。電動汽車的驅(qū)動電機通常要求頻繁的啟動/停車、加速/減速，低速或爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩，并要求變速范圍大。而工業(yè)電機通常優(yōu)化在額定的工作點。因此，電動汽車驅(qū)動電機比較獨特，應(yīng)單獨歸為一類。

電動汽車電機要求

他們在負(fù)載要求、技術(shù)性能和工作環(huán)境等方面有著特殊的要求：

1、電動汽車驅(qū)動電機需要有4-5倍的過載以滿足短時加速或爬坡的要求；而工業(yè)電機只要求有2倍的過載就可以了。

2、電動汽車的最高轉(zhuǎn)速要求達(dá)到在公路上巡航時基本速度的4-5倍，而工業(yè)電機只需要達(dá)到恒功率是基本速度的2倍即可。

3、電動汽車驅(qū)動電機需要根據(jù)車型和駕駛員的駕駛習(xí)慣設(shè)計，而工業(yè)電機只需根據(jù)典型的工作模式設(shè)計。

4、電動汽車驅(qū)動電機要求有高度功率密度（一般要求達(dá)到1kw/kg以內(nèi)）和好的效率圖（在較寬的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率），從而能夠降低車重，延長續(xù)駛里程；而工業(yè)電機通常對功率密度、效率和成本進(jìn)行綜合考慮，在額定工作點附近對效率進(jìn)行優(yōu)化。

5、電動汽車驅(qū)動電機要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好；而工業(yè)電機只有某一種特定的性能要求。

6、電動汽車驅(qū)動電機被裝在機動車上，空間小，工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動等等惡劣環(huán)境下。而工業(yè)電機通常在某一個固定位置工作。