世平安森美汽車電機的應用方案

汽車電氣化和智能化的發展，汽車上用到的電機數量也將會快速增加，有的新能源汽車上用到的電機數量甚至會超過100個。有些工程師聽了之後表示疑惑，車上能用得了那麼多的電機嗎？今天我們就來梳理下，看看汽車上的電機都用在哪些地方？

不論是燃油汽車，還是近幾年發展迅速的新能源汽車，在減輕車輛重量、提高安全性，可靠性和舒適度等關鍵因素的推動下，電機在汽車中的使用量在迅速增加。而在電動汽車中，以前在燃油車上通過皮帶傳遞的內燃機能量來驅動的系統，及液壓系統驅動的子系統，現在都逐漸改成了電機來驅動，比如空調壓縮機、水/油/冷卻液泵、風扇、鼓風機、渦輪增壓器等等。具體來看，車上的電機主要分布在閉合系統、動力傳動系統、發動機、智能座艙、轉向與底盤、熱管理，及視覺等領域。

動力傳動系統用電機

主驅逆變器是電動汽車的心臟，為車輛提供扭矩和加速能力。逆變器和其所控制的電動機的響應速度直接影響駕駛感受和消費者的滿意度。常見功率水平為40kW到250+kW，這需要非常強大的IGBT和碳化矽（SiC）元器件。我們的主驅逆變器設計，得益於其可擴展性、增強的熱性能、以及行業最低電感的封裝結構，能夠實現最高效率、最先進的功率密度和敏捷的響應速度。當400V-800V的電池為主驅逆變器供電，逆變器部件的額定電壓需要達到600V-1200V，同時每相的運行電流水平高達1000A。安森美（onsemi）的EliteSiC和 VE-Trac 模塊解決方案提供基礎的主驅逆變器設計，讓您的汽車產品功能更大強大和可靠。動力傳動系統。我國車用電機在全球資源條件下具有明顯的比較優勢，發展潛力較大。從新能源汽車的產業鏈來看，受益端將主要集中在核心零部件領域。國內車用驅動電機行業現狀：電機業中的小行業、但製造門檻高，電機驅動系統還存在較多差距與不足，但國內政策扶持將加快產業步伐。作為新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）新能源汽車具有環保、節約、簡單三大優勢。在純電動汽車上體現尤為明顯：以電動機代替燃油機，由電機驅動而無需自動變速箱。相對於自動變速箱，電機結構簡單、技術成熟、運行可靠傳統的內燃機能高效產生轉矩時的轉速限制在一個窄的範圍內，這就是為何傳統內燃機汽車需要龐大而複雜的變速機構的原因；而電動機可以在相當寬廣的速度範圍內高效產生轉矩，在純電動車行駛過程中不需要換擋變速裝置，操縱方便容易，噪音低電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行使中的主要執行結構，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電動汽車的整個驅動系統包括電動機驅動系統與其機械傳動機構兩個部分。電機驅動系統主要由電動機、功率轉換器、控制器、各種檢測傳感器以及電源等部分構成，結構如下圖2所示。電動機一般要求具有電動、發電兩項功能，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關磁阻等幾種電動機，如圖3。功率轉換器按所選電機類型，有 DC/DC 功率變換器、DC/AC 功率變換器等形式，其作用是按所選電動機驅動電流要求，將蓄電池的直流電轉換為相應電壓等級的直流、交流或脈衝電源。電機是應用電磁感應原理運行的旋轉電磁機械，用於實現電能向機械能的轉換。運行時從電系統吸收電功率，向機械系統輸出機械功率。電機驅動系統主要由電機、控制器（逆變器）構成，驅動電機和電機控制器所占的成本之比約為1:1，根據設計原理與分類方式的不同，電機的具體構造與成本構成也有所差異。電機的控制系統主要起到調節電機運行狀態，使其滿足整車不同運行要求的目的。針對不同類型的電機，控制系統的原理與方式有很大差別。

最重要是就是其主驅電機了，大多數小型純電動汽車採用的是單電機驅動，安裝在前面的叫前驅，後面的叫後驅；也有配置高一點的雙電機驅動，一般是前面一個，後面一個，四個輪子都是驅動輪，這種驅動方式叫全驅；配置再高一點的會採用三個驅動電機，比如上汽榮威的Mavel X，特斯拉的高端版本Model S Plaid等；也有在每個輪子上都裝上一個電機的四電機驅動，也叫輪轂電機，比如比亞迪新發布的高端電動車仰望U8等。還有一些賽車用的電動汽車會採用更多的主驅電機來提供強大動力，比如福特野馬Mach-E 1400就採用了前三後四的7電機驅動，總輸出馬力超過了1400馬力。

 

閉合

汽車中的閉合系統需要用到很多電機，它包括電動車窗驅動電機、電動天窗驅動電機、電動尾門支柱用驅動電機、電動尾門鎖閂電機、汽車門鎖齒輪電機、車門輔助閉合電機，以及隱藏式門把手的彈出電機等等這裡車窗驅動電機每個車窗會有1個，就需要4個，電動天窗驅動電機1個，尾門支柱驅動電機2個，電動尾門鎖閂電機1個，門鎖齒輪電機和隱藏式門把手彈出電機各4個，這裡就需要用到16個電機。

 
智能座艙中使用的電機

智能座艙中使用的電機也是非常多的，它包括前/后座椅的傾斜、高度、前後調節，及頭枕調節、腰部支撐等；也包括座艙中人機界面、車內螢幕終端的放下和收起、觸摸屏、汽車座椅、方向盤及油門踏板的觸覺反饋等等。在經濟型汽車中，電機提供方便的前後調整和靠背傾斜功能。在高級轎車中，電動機控制高度調節，底部坐墊傾斜，腰部支撐，頭枕調節和坐墊穩固性等功能。其他使用電機的座椅功能，包括動力座椅摺疊和後排座椅的動力裝載。更加高端一點的車型會在座椅上安裝風扇，以提供座椅通風和熱量分配功能，甚至還具有按摩功能。因此，在智能座艙中會用到座椅安全帶預緊電機、電動座椅調節電機、駕駛員警示執行器電機、頭枕調節電機、電子泊車鎖電機螢幕摺疊電機等等。至於數量，安全帶預緊電機5個，警示執行器電機1個、頭枕調節電機2個、螢幕摺疊電機2個、電動座椅調節電機2~10個，觸摸屏振動電機1個，這裡大概需要5~21個

轉向與底盤用電機

在汽車轉向與底盤應用中，會用到方向盤管柱調節電機、電子駐車制動電機、制動助力電機、電動助力轉向（EPS）電機、汽車電子穩定控制系統（ESC）電機、防抱死制動系統（ABS）電機、踏板調節器電機等等。其中EPS是汽車中比較重要的一個系統，其中的電機用於補充或替代傳統的液壓系統，以產生輔助扭矩，幫助駕駛員引導車輪轉動，與大多數的電機不同，EPS系統以更低的速度運行，並且需要產生非常精確的扭矩和零速附近的控制。而電動制動助力器的設計是為了減少制動所需的踏板壓力。汽車製造商越來越多地使用它來提高駕駛員的舒適性和乘客的安全性，這些電動制動助力器使用一個專用的電子系統來處理來自製動踏板的信號，並通過無刷直流（BLDC）電機來操作主缸，該電機必須有著堅固的設計、快速響應和足夠的可靠性。

熱管理應用中的電機

隨著對燃油汽車經濟性和減少排放的需求不斷增加，以及混合動力和電動汽車的快速增長，驅動了更高效、更智能的冷卻系統的需求增加。主發動機冷卻、電池冷卻、機艙加熱等方案也在發生這改變，最近主動式柵格百葉窗由於可以更快地預熱發動機，並在更高的速度下降低車輛阻力，得到了更多的應用。在熱管理中，一般會使用電動冷卻液泵、發動機冷卻風扇、空調風扇、空調壓縮機、汽車柵格執行器等。

 
視覺應用中的電機

視覺應用包括汽車照明、反光鏡、攝像頭等傳感器等。擋風玻璃刮水器或許是現有汽車中最普遍的電動機應用的例子。每輛車至少有一個用於前雨刮器的雨刷電機。後窗雨刷越來越受SUV和有倉門式後背的汽車的歡迎，這意味著在大部分汽車上都存在後雨刷和相應的電機。另外還需要一個電機向擋風玻璃泵輸送清洗液，在一些高端汽車中還有前照燈清洗泵，如果採用的是LED前照燈，那還需要冷卻風扇。當然，現在很多汽車的後視鏡也都是可以電動調節的，這樣兩個後視鏡就至少需要兩個電機，甚至更多。目前的汽車會用到越來越多的傳感器，比如攝像頭、雷射雷達、毫米波雷達等等。這些傳感器也需要電機驅動，因此也會用到一些電機。

列舉電動汽車對驅動電機的基本要求

1、電動汽車電機的基本要求有以下幾點：

（1).電機結構緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據具體產品進行特殊設計。

（2).重量輕，以減輕車輛的整體重量。應儘量採用鋁合金外殼，同時轉速要高，以減輕整車的質量，增加電機與車體的適配性，擴大車體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。

（3).可靠性高、失效模式可控，以保證乘車者的安全。

（4).提供精確的力矩控制，動態性能較好。

（5).效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉速和轉矩範圍內都有很高的效率， 以降低功率損耗，提高一次充電的續駛里程。

（6).成本低，以降低車輛生產的整體費用。

（7).調速範圍寬。應包括恆轉矩區和恆功率區，低速運行輸出的恆定轉矩大，以滿足汽車快速啟動、加速、負荷爬坡等要求；高速運行輸出恆定功率，有較大的調速範圍，以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。

（8).瞬時功率大，過載能力強。要保證汽車具有4~5倍的過載能力，以滿足短時內加速行駛與最大爬坡的要求。

（9).環境適應性好。要適應汽車本身行駛的不同區域環境，即使在較惡劣的環境中也能夠正常工作，具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。

（10).制動再生效率高。在汽車減速時，能夠實現反饋制動，將能量回收並反饋回電池，使得電動汽車具有最佳能量利用率。

（11).其他。結構簡單，價格低廉，適合大批量生產，運行時噪聲低，使用維修方便。

（12).與一般工業用電機不同，用於汽車的驅動電機應具有調速範圍寬、起動轉矩大、後備功率高、效率高的特性，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結構簡單、成本低、維護簡單、適合大規模生產等。未來我國電動汽車用驅動電機系統將朝著永磁化、數字化和集成化方向發展。

 

2、異步電動機（感應電動機）在新能源汽車中的應用

(1) .異步電動機介紹

感應電動機又稱“異步電動機”，即轉子置於旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而轉子轉動。轉子是可轉動的導體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動機中不轉動的部分，主要任務是產生一個旋轉磁場。旋轉磁場並不是用機械方法來實現。而是以交流電通於數對電磁鐵中，使其磁極性質循環改變，故相當於一個旋轉的磁場。這種電動機並不像直流電動機有電刷或集電環，依據所用交流電的種類有單相電動機和三相電動機。

(2).異步電動機的特點

異步電動機有下面的優點：結構緊湊、堅固耐用；運行可靠、維護方便；價格低廉，體積小、質量輕；環境適應性好；轉矩脈動低，噪聲低。交流異步電動機成本低而且可靠性高，逆變器即便損壞而產生短路時也不會產生反電動勢，所以不會出現急剎車的可能性。因此，廣泛應用於大型高速的電動汽車中。三相籠型異步電動機的功率容量覆蓋面很廣，從零點幾瓦到幾千瓦。它可以採用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高、對環境的適應性好，並且能夠實現再生制動。與同樣功率的直流電動機相比較，效率較高、重量約要輕一半左右。

同時它有下面的缺點：功率因數低，運行時必須從電網吸收無功電流來建立磁場；控制複雜，易受電機參數及負載變化的影響；轉子不易散熱；調速性能差，調速範圍窄。

優勢分析：新能源汽車專用的電動機，通過從電池中獲取有限的能量產生動作，所以要求其在各種環境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工業用的電動機更加嚴格。適合作為電動汽車專用的電機需要滿足幾個特性：由高速化而生的小型輕量化（堅固性）、高效性（一次充電後的續駛里程長）、低速大轉矩情況下的大範圍內的恆定輸出特性、壽命長以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。但是現實中全部滿足以上幾個特性的電機還未被開發出來。目前更適於新能源汽車的電機是交流異步電機和PM電動機。

(3).異步電動機的控制系統

由於交流三相感應電機不能直接使用直流電，因此需要逆變裝置進行轉換控制。新能源汽車減速或制動時，電機處在發電制動狀態，給蓄電池充電，實現機械能轉換為電能。在新能源汽車上，由功率半導體器件構成的 PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調節的交流電。三相異步電動機逆變器的控制方法主要有 V/f恆定控制法、轉差率控制法、矢量控制法和直接轉矩控制法（DTC）。20世紀90年代以前主要使用前兩種控制方式，但是因轉速控制範圍小，轉矩特性不理想，而對於需頻繁起動、加減速的電動車並不適合。現在，後兩種控制方式目前處於主流的地位。

(4).異步電動機的應用現狀

在美國，異步電動機應用的較多，這也被人為是和路況有關。在美國，高速公路已經具有一定的規模，除了大城市外，汽車一般以一定的高速持續行駛，所以能夠實現高速運轉而且在高速時有較高效率的異步電動機得到廣泛應用。在我國，隨著高速公路規模的發展，交流異步電動機在新能源汽車上的應用也會越來越重要。

3、永磁無刷電動機在新能源汽車中的應用

隨著近些年來電力電子技術、微電子技術、微型計算機技術、稀土永磁材料、傳感器技術與電機控制理論的快速發展，使得交流驅動技術逐漸成熟。相比於現有串勵或者並勵有刷直流電機驅動系統，永磁無刷電機擁有功率密度大、體積小、效率高、結構簡單牢固、易於維護等優點，且採用永磁無刷電機作為驅動元件的電動汽車驅動系統運行和維護成本較低 ；採用全數字化和模塊化結構設計，使得驅動器接口靈活，控制能力更強，操作更加舒適；應用能量回饋制動技術，可以減少剎車片的磨損，同時又增加汽車續駛里程。

因此，基於電動汽車市場發展需要和技術現狀，設計開發可靠、低成本、性能優良的全數字化電動汽車永磁無刷電機驅動系統，對於電動汽車產業的發展有著重要的現實意義。

(1).永磁同步電動機簡介

在電機內建立進行機電能量轉換所必需的氣隙磁場有兩種方法。一種是在電機繞組內通電流產生磁場，這種方法既需要有專門的繞組和相應的裝置，又需要不斷供給能量以維持電流流動，例如普通的直流電機和同步電機。另一種是由永磁體來產生磁場，這種方法既可簡化電機結構，又可節約能量。由永磁體產生磁場的電機就是永磁電機。

它利用永磁體建立勵磁磁場的同步電動機，其定子產生旋轉磁場，轉子用永磁材料製成。同步發電機為了實現能量的轉換，需要有一個直流磁場而產生這個磁場的直流電流，稱為發電機的勵磁電流。根據勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發電機，稱為他勵發電機，從發電機本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發電機。

(2).永磁同步電動機的特點

永磁同步電動機有以下優點：功率因數大，效率高，功率密度大；結構簡單、便於維護，使用壽命較長、可靠性高；調速性能好，精度高；具有良好的瞬時特性，轉動慣量低， 響應速度快；頻率高，輸出轉矩大，極限轉速和制動性能優於其他類型的電機；採用電子功率器件作為換向裝置，驅動靈活，可控性強；形狀和尺寸靈活多樣，便於進行外形設計；採用稀土永磁材料後電機的體積小、質量輕。

但是永磁同步電動機也有以下缺點：電機造價較高；在恆功率模式下，操縱較為複雜，控制系統成本較高；弱磁能力差，調速範圍有限；功率範圍較小，受磁材料工藝的影響和限制，最大功率僅為幾十千瓦；低速時額定電流較大，損耗大，效率較低；永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發生退磁現象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發生過載。永磁材料磁場不可變，要想增大電機的功率，其體積會很大；抗腐蝕性差；不易裝配。

(3).永磁電機作為驅動電機的優越性

①轉矩、功率密度大、起動力矩大。永磁電機氣隙磁密度可大大提高，電機指標可實現最佳設計，使得電機體積縮小、重量減輕，同容量的稀土永磁電機體積、重量、所用材料可以減輕 30%左右。永磁驅動電機起動轉矩大，在汽車啟動時能提供有效地啟動轉矩，滿足汽車的運行需求。

電機類型	直流有刷	永磁電機	交流感應電機	開關磁阻電機
最高效率%	85~89	90~97	94~95	90
10%符合時效率	80~87	90~92	79~85	78~86
最高轉速r/min	4K~6K	4K~10K	9K~15K	>15K
功率輸出的相對成本比較	1.0	1.0~1.5	0.8~1.2	0.6~1.0
控制器相對價格比較	1.0	2.5	3.5	4.5
堅固及可靠性	良	良	優	優

 

②力能指標好。Y系列電機在60%的負荷下工作時,效率下降15% ,功率因數下降 30%，力能指標下降 40%。而永磁電機的效率和功率因數下降甚微,當電機只有 20%負荷時,其力能指標仍為滿負荷的 80%以上。同時永磁無刷同步電機的恆轉矩區比較長,一直延伸到電機最高轉速的50%左右,這對提高汽車的低速動力性能有很大幫助。

③高效節能。在轉子上嵌入稀土永磁材料後,在正常工作時轉子與定子磁場同步運行,轉子繞組無感生電流,不存在轉子電阻和磁滯損耗,提高了電機效率。永磁電機不但可減小電阻損耗,還能有效地提高功率因數。如在25%-120%額定負載範圍內永磁同步電機均可保持較高的效率和功率因素。

④結構簡單、可靠性高。用永磁材料勵磁,可將原勵磁電機中勵磁線圈由一塊或多塊永磁體替代,零部件大量減少,在結構上大大簡化，改善了電機的工藝性,而且電機運行的機械可靠性大為增強,壽命增加。轉子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機溫升低,這樣也可以使整車冷卻系統的負荷降低,進一步提高整車運行的效率。

(4).永磁同步電機的控制系統

永磁電機的控制技術與感應電機類似，控制策略上主要集中在提高低速轉矩特性和高速恆功率特性上。目前，永磁同步電機低速時常採用矢量控制，包括氣隙磁場定向、轉子磁鏈定向、定子磁鏈定向等；而在高速運行時，永磁同步電機通常採用弱磁控制。

(5).永磁電機應用現狀

稀土永磁電機的設計理論、計算方法、檢測技術和製造工藝正不斷地完善和發展,永磁材料的性能和可靠性正不斷地提高。電力電子技術、大規模集成電路和計算機技術的快速發展也對永磁驅動電機的發展起到了積極的促進作用。隨著未來混合動力汽車和純電動汽車的快速發展,永磁驅動電機將迎來一個更為快速發展的時期,其發展趨勢也將呈現以下特點:高功率密度、高轉矩密度、高可控性、高效率、高性能、高價格比等,以滿足混合動力汽車和純電動汽車的實際需求。

4、開關磁阻電動機在新能源汽車中的應用

(1).開關磁阻電動機簡介

開關磁阻電動機（Switched Reluctance Drive ：SRD）是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統之後發展起來的最新一代無級調速系統，是集現代微電子技術、數字技術、電力電子技術、紅外光電技術及現代電磁理論、設計和製作技術為一體的光、機、電一體化高新技術。它具有調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點。

開關磁阻電機覆蓋功率範圍10W~5MW的各種高低速驅動調速系統。使的開關磁阻電機存在許多潛在的領域，在各種需要調速和高效率的場合均能得到廣泛使用（電動車驅動、通用工業、家用電器、紡織機械、電力傳動系統等各個領域）。

開關磁阻電動機工作原理：

開關磁阻電動機的運行遵循“磁阻最小原理”——磁通總要沿磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。

(2).開關磁阻電機特點

它的結構比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉子上沒有滑環、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護修理容易。因而可靠性好，轉速可達15000 r/min。效率可達85%～93%呢，比交流感應電動機要高。損耗主要在定子，電機易於冷卻；轉子元永磁體，易於實現各種特殊要求的轉矩一速度特性，而且在很廣的範圍內保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。

開關磁阻電機還具有在較寬轉速和轉矩範圍內高效運行、控制靈活、可四象運行、響應速度快、成本較低等優點。工藝性好，適用於高速，環境適應性強；電機轉矩的方向與繞組電流的方向無關；適用於頻繁啟停以及正反向轉換運行；啟動電流小，轉矩大；可控參數多，調速性能好；具有較強的再生制動能力；定子和轉子的材料均採用矽鋼片，易於獲取和回收利用。

但開關磁阻電機有轉矩波動大、需要位置檢測器、系統非線性特性，磁場為跳躍性旋轉，控制系統複雜；對直流電源會產生很大的脈衝電流等缺點。位置檢測器是開關磁阻電動機的關鍵器件，其性能對開關磁阻電動機的控制操作有重要影響。由於開關磁阻電動機為雙凸極結構，不可避免地存在轉矩波動，噪聲是開關磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究表明，採用合理的設計、製造和控制技術，開關磁阻電動機的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由於開關磁阻電動機輸出轉矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。

(3).開關磁阻電動機的控制系統

開關磁阻電動機驅動系統的核心是開關磁阻電動機(SRM)，它涉及到電動機，電力電子，微機，控制，光電轉換，角度測量等等多學科知識，結構比較複雜，控制系統要求也比較獨特，感應電動機和永磁同步電動機的控制方法通常難以滿足系統的控制要求。目前電動汽車應用較少。它的主要研究方向是模型研究。由於開關磁阻電機具有明顯的非線性特性，系統難於建模，一般的線性控制方式不適於開關磁阻電機系統。目前主要利用模糊邏輯控制、神經網絡控制等。它的控制系統包括功率變換器、控制器和位置傳感器及速度檢測器等部分。

①功率變換器

開關磁阻電動機的勵磁繞組，無論通過正向電流或反向電流，其轉矩方向不變，期換向，每相只需要一個容量較小的功率開關管，功率變換器電路較簡單，不會出現直通故障，可靠性好，易於實現系統的軟啟動和四象限運行，具有較強的再生制動能力。成本比交流三相感應電動機的逆變器控制系統要低。

②控制器

控制器由微處理器、數字邏輯電路等元件組成。微處理器根據駕駛員輸入的命令，同時對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動機轉子位置，進行分析、處理，並在瞬間做出決策，發出一系列執行命令，來控制開關磁阻電動機適應電動汽車不同條件下運行。控制器性能好壞和調節的靈活性，取決於微處理器的軟體和硬體的性能配合關係。

③位置檢測器

開關磁阻電動機需要高精度的位置檢測器，來為控制系統提供電動機轉子的位置、轉速和電流的變化信號，並要求有較高的開關頻率以降低開關磁阻電動機的噪聲。

5、直流電動機在新能源汽車中的應用

直流電機可分為永磁式直流電機和繞組勵磁式電機兩種。一般小功率採用前者， 大功率採用後者，下面主要討論後者。

(1).直流電動機簡介

直流電機:將直流電能轉化成機械能（直流電動機）或將機械能轉化為直流電能（直流發電機）的旋轉電機。

直流電機的結構應由定和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。有刷直流電動機被廣泛用於要求轉速可調、調速性能好，以及頻繁起動、制動和反轉的場合。

(2).直流電動機的特點

直流電動機有下面的優點：結構簡單；具有優良的電磁轉矩控制特性，可實現基速以下恆轉矩、基速以上恆功率，可滿足汽車對動力源低速高轉矩、高速低轉矩的要求；可頻繁快速啟動、制動和反轉；調速平滑、無級、精確、方便，範圍廣；抗過載能力強，能夠承受頻繁的衝擊負載；控制方法簡單，只需要用電壓控制，不需要檢測磁極位置。

但是它也有下面缺點：設有電刷和換向器，高速和大負荷運行時換向器表面易產生電火花，同時換向器維護困難，很難向大容量、高速度發展，此外電火花會產生電磁干擾；不宜在多塵、 潮濕、易燃易爆的環境中使用；價格高、體積和質量大。其中電火花產生的電磁干擾，對高度電子化的電動汽車來說將是致命的。隨著電子力子技術和控制理論的發展，相對於其它驅動系統而言，直流電機在電動汽車中的應用已處於劣勢，目前已逐漸被淘汰。

(3).直流電機的控制系統

直流電機控制系統主要由斬波器和中央控制器構成，根據直流電機輸出轉矩的需要，通過斬波器來控制電機的輸入電壓、電流，來控制和驅動直流電機的運行。

6、各種電機的比較

我們先比較各種電機的發展歷史，從圖4上我們可以看到，有刷直流電機、一般同步電機、感應電機與有刷磁鐵電機商品化歷史最長，其產品更新換代不斷，而且迄今還在應用。而自上世紀80年代開始進入商品化的表面永磁同步電機與1990年代以來研製開發的開關磁阻電機、內置式永磁同步電機以及最新的同步磁阻電機相繼進入市場，並在電動汽車與混合動力車上獲得應用。

然後再比較各種電機在哪些新能源汽車上應用比較廣。異步電機主要應用在純電動汽車，永磁同步電機主要應用在混合動力汽車中，開關磁阻電機目前主要應用在客車中。而從中國不同種類新能源汽車驅動電機的應用來看，目前交流異步感應電機和開關磁阻電機主要應用於新能源商用車,特別是新能源客車，開關磁阻電機的實際裝配應用較少；永磁同步電機主要應用於新能源乘用車。

電機類型	直流有刷電機	交流異步電機	永磁同步電機	開關磁阻電機
功率密度	差	一般	好	一般
轉矩轉速特性	一般	好	好	好
轉速範圍	4000-6000	9000-15000	4000-15000	>15000
易操作性	量好	好	好	好
可靠性	差	好	一般	好
結構的堅固性	差	好	一般	好
尺寸及質量成本	大，重	一般，一般	小，輕	小，輕
成本	高	低	高	低於感應電機
控制器成本	低	高	高	一般

 

7、新能源汽車驅動電機未來展望

新能源汽車驅動電機目前的發展方向有以下幾方面：小型輕量化；高效性；更出色的轉矩特性；使用壽命長，可靠性高；噪聲低；價格低廉。隨著時間的推移，新能源驅動電機的發展呈現了下面的趨勢：

①電機本體永磁化：永磁電機具有高轉矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車用驅動電機的重要發展方向。

②電機控制數字化：專用晶片及數字信號處理器的出現，促進了電機控制器的數字化，提高了電機系統的控制精度，有效減小了系統體積。

③電機系統集成化：通過機電集成（電機與發動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利於減小驅動系統的重量和體積，可有效降低系統製造成本。

面我談談多種未來的電機，隨著新能源汽車驅動技術的快速發展，許多新結構或新概念電機已經投入研究。其中新型永磁無刷電機是目前最有前景的電機之一，包括混合勵磁型、輪轂型、雙定子型、記憶型以及磁性齒輪複合型等。此外非晶電機也開始走進新能源汽車領域，作為新一代高性能電機，其自身的優越性必將對新能源汽車產業的發展起到巨大的推動作用。

(1).混合勵磁電機

混合勵磁電機是在保持電機較高效率的前提下，改變電機的拓撲結構，由兩種勵磁源共同產生電機主磁場，實現電機主磁場的調節和控制，改善電機調速、驅動性能或調壓特性的一類新型電機。其不僅繼承了永磁電機的諸多特點，而且還具有電勵磁電機氣隙磁場平滑可調的優點。如永磁開關磁阻電機和永磁同步磁阻電機。

(2).雙定子永磁電機

雙定子電機是在現有電機體積不變的基礎上增加定子的個數，使氣隙數量由一層變為兩層或者多層的一種新型永磁無刷電機。由於轉矩的疊加，作用於轉子上的電磁轉矩也會相應增加，從而提高電機整體的轉矩密度和功率密度。由於這種電機的機械集成度較高，所以其具有響應快、動態特性好，結構材料利用率高和驅動靈活等特點。

(3).記憶電機

記憶電機又稱為磁通可控永磁電機，與一般永磁電機的區別在於，永磁材料本身的磁化程度能夠在很短的時間內通過施加充磁或者去磁電動勢而得到改變， 並且充磁和去磁之後其磁化程度也能被保留住記憶。因此具有更寬的調速範圍，同時可以避免產生額外的勵磁損耗，實質上是一種新的簡單高效的弱磁控制技術。

(4).磁性齒輪永磁無刷複合電機

該電機是一種集成無刷直流驅動電機和共軸磁性齒輪的複合電機。所謂共軸磁性齒輪是一種基於調磁諧波原理的高性能、無接觸的變速傳遞裝置。這種電機巧妙地利用了共軸磁性齒輪內轉子的中空部分，將電機定子嵌入其中，將輪胎直接鉚合在齒輪外轉子上，實現了電機、磁性齒輪、輪胎的一體化，有效地提高了空間利用率。

(5).非晶電機

非晶電機是一種利用非晶合金取代傳統矽鋼片作為鐵心材料的高效、節能、無污染的新型電機。其在高頻下的損耗極低，具有很高的效率；與相同標準的普通電機相比，體積和質量大大減小，極大地提高了能源和資源的利用率。對於同樣的新能源汽車，若使用非晶電機可以增加其行駛里程30%以上，而在相同行駛里程的情況下，電池可以節省 30%的費用。總之，非晶電機憑藉其高效率、高功率密度等優勢將成為替代傳統電機的下一代高效電機。