纯电动汽车的类型、结构及维护操作常识（五）

来源：汽车维修与保养作者：佚名 2019-07-29 09:02:23

七、驱动电机的结构原理与应用

1．新能源汽车对电机的要求

新能源汽车由电机驱动，电机是新能源汽车的关键部件，也是新能源汽车与燃油车在动力控制系统上的主要区别。从本期起，我将用两期的篇幅，对新能源电机驱动系统（图47）做简单的阐述。电机性能高低直接影响到新能源汽车驱动系统的性能，所以要想使新能源汽车具有良好的使用性能，驱动电机应具备较宽的调速范围、较高的转速和足够大的启动转矩，体积小、质量轻、效率高的特点。

2．电机的分类

电机按照用电性质可分为直流电机和交流电机两大类，交流动机又分为同步电机和异步电机（图48）。虽然电机种类繁多，但是所有电机都是由电路和磁路两个基本部分组成，它们的工作原理都是建立在电与磁的相互转化与相互作用的基础上，所依据的电磁定律都是电磁力定律和电磁感应定律。

早期新能源汽车的电机多采用直流电机，具有起步加速牵引力大、控制系统较简单、控制性能好的优点，所以直到20世纪80年代中期它仍是国内外的主要研发对象。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，交流异步电动机、永磁电机和开关磁阻电机显示出比直流电机更加优越的性能。鉴于目前新能源汽车厂家绝大部分在驱动电机选型上都已经选取交流电机作为驱动电机，本文将不再对直流电机进行文字说明。

3．电机的性能指标

（1）功率：功率是指电机运行时轴端输出的机械功率（单位为W或kW）；

（2）电压：电压是指外加于线端的电源线电压（单位为V） ;

（3）电流：电流是指电机运行时电枢绕组（或定子绕组）的线电流（单位为A）；

（4）频率：频率是指电机运行时电枢（或定子侧）的频率（单位为Hz）;

（5）转速：转速是指电机运行时电机转子的转速（单位为r/min）。

当电机在额定运行情况下输出额定功率时称为满载运行，这时电机的运行性能、经济性及可靠性等均处于优良状态；输出功率超过额定功率时称为过载运行，这时电机负载电流大于额定电流，将会引起电机过热，从而缩短电机使用寿命，严重时甚至会烧毁电机。

4．驱动电机及控制概述

整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制器的另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。图49为电机及电机控制器控制功能示意图。

新能源汽车驱动电机的性能要求：在低速时，需要低速大扭矩输出；在高速时需要保持恒定功率。低速大扭矩可以满足整车的启动要求，例如坡起、加速和复合爬坡。高速恒定功率需要能够满足整车的最高车速要求，以及在高速时的超车。所以，归纳总结新能源汽车驱动电机的几个特点就是：结构紧凑、尺寸小、功率密度高、转矩密度高、可靠性高、效率高、高效区广、重量轻、低噪音、低振动。

5．驱动电机的基本工作原理

电机由定子和转子两大基本部分组成，并且在定子和转子之间有一定的气隙，其还有端盖、轴承、接线盒、风扇等其他附件。定子是用来产生旋转磁场的，在工作时静止不动，三相异步电机的定子一般由外壳、定子铁芯、定子绕组等部分组成。转子是电机的旋转部分，切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电机旋转，转子由转子铁芯和转子绕组组成。转子绕组是自成闭路的短路线圈，转子绕组不需外接电源供电，其电流由电磁感应作用产生。它有两种结构类型：笼型转子和绕线型转子，交流异步电机可分为笼型异步电机和绕线式异步电机。笼型异步电机由于构造简单、价格便宜、运行安全可靠、使用方便，因而成为使用最广泛的一种电机。图50为异步电机的结构示意图。

另外一种交流电机的结构是永磁同步电动机，其与

异步电机的结构不同，最主要区别是转子中嵌入永磁体，励磁磁场是由永磁体产生的，这也是永磁的意思。同时，由于不存在电励磁和相应损耗，永磁转子不发热，电负荷可以选得很高，因而体积小，功率密度高。同时，由于永磁体的主要原材料是通过稀土资源提炼的，加之在控制系统上，永磁同步电机也有其优势，因此我们国家新能源汽车的电机更多地采用永磁同步电机。

电机的主要工作原理是：在对称的定子三相绕组中通入对称的三相交流电就会在定子与转子的空气隙间产生沿定子内圆旋转的旋转磁场，旋转磁场的转向U （i1）→V（i2） →W（i3）

由超前相转向滞后相，旋转磁场的旋转方向由通入绕组中电流的相序决定，V（i1） → U（i2）

→W（i3）将通入定子三相绕组中三相交流电的任意两相对调就可改变旋转磁场的旋转方向。

图51所示为电机的工作原理，图52所示为电机绕组的组成。

对于电机的基本工作原理，本文不做过多说明，读者可以把高中的相关物理课本或专

业书籍翻出来自学，新能源汽车采用的电机，其工作原理并没有本质变化。但有一个概念

在这里需特别强调一下，就是“转差率”的概念。

当0<n＜n1， 1 > s＞。时转子导体与旋转磁场的切割方向与n，相反，产生e2（感应电势）和i2（感应电流）。电磁转矩拖动转子旋转，方向与转子旋转方向相同。此时电机处于运行状态。当转子转速增加n，或降低同步转速n，时n＞n1，s＜0。此时转子导体与旋转磁场的切割方向与n0相同，e2和i2的方向发生变化，定子电流方向随之发生变化，输出电流。电磁转矩方向也发生变化，与转子旋转方向相反，起制动作用，此时电机处于发电机运行状态。

图53所示为交流异步电机的运行状态示意图。