作為電動汽車三大件中的動力系統,電機在電動汽車中的地位無疑是舉足輕重的,它的表現還直接決定了電動汽車的性能,所以對于驅動電機的選擇就顯得尤為重要。目前市面上比較流行的電動汽車電機主要有三類,一是無刷直流電動機,二是交流異步電動機,三是永磁同步電動機等等。根據電動機的驅動原理,下面新能君為大家介紹一下常見的四種驅動電機。
一、曾經的主流:直流電動機
法拉第及其發明的直流電機
憑借着控制裝置簡單、成本較低等特點,在電動汽車發展早期,直流電動機成為了很多電動車制造廠的首選方案。但同時直流電動機的本身的缺點也非常突出,首先電刷和機械換向器等組成了其自身較為複雜的機械結構,同時還制約了它的過載能力和電機轉速。
而且在長時間高速大負荷下運行時,換向器表面還會有火花的情況出現,以上這些因素都會影響到整車性能。随着碳刷的磨損,如果不及時進行保養維護,電動機的可靠性和壽命都會有所降低,目前的電動汽車已經将直流電機基本淘汰。
二、憂喜參半:交流異步電動機
特斯拉及其發明的感應電機
交流異步電機是當今工業中主流電機之一,它也叫感應電機,它同樣擁有結構簡單,耐用可靠,維修方便等優點。說起感應電機就必須提到其發明者特斯拉,一般其定子鐵心上埋有三相交流繞組,轉子由鐵心和短接的籠型繞組組成,當定子繞組中通以三相交流電時,将産生一合成的空間同步旋轉磁場,切割轉子繞組,從而在轉子籠型繞組中生成電流,該電流又會受到磁場的作用而産生電磁力,驅動轉子旋轉。因為其定、轉子之間沒有相互接觸的機械部件,所以結構上較為簡單,加上免去了磨損部件,運行也更加可靠。與直流電動機相比,交流異步電機的功率更高,質量還輕了二分之一左右。
但在高轉情況下電機的轉子會出現發熱嚴重等問題,為了保證電機的冷卻,異步電機還需要配備冷卻系統,這也導緻了成本偏高。另外運行時還需要變頻器提供額外的無功功率來建立磁場,故與稀土永磁電機和開關磁阻電機相比,異步電機的效率和功率密度偏低。所以,目前新款的特斯拉Model 3已經改用永磁同步電機作為驅動電機了。
三、綜合性能優異:永磁同步電機
按電動機定子繞組的電流波形的不同,可分無刷直流電機和永磁同步電機兩種類型,這兩種電機在結構和工作原理上大體相同,轉子都是永磁體,減少了勵磁所帶來的損耗,定子上安裝有繞組通過交流電來産生轉矩,所以冷卻相對容易。由于這類電機不需要安裝電刷和機械換向結構,工作時不會産生換向火花,運行安全可靠,維修方便,能量利用率較高。
相比于交流異步電機的控制系統,永磁式電動機的控制系統更加簡單。但是由于受限于永磁材料的限制,在高溫、震動和過流等極端條件下,轉子永磁體會産生退磁現象,所以在相對複雜的工作條件下,永磁式電機容易發生損壞,加上永磁材料高價和稀土資源的緊缺,導緻了整個電機及其控制系統成本較高。
四、未來發展的大方向:開關磁阻電機
相比于其它類型的驅動電機, 開關磁阻電機是一種新型電機,其隻有在定子側裝有簡單的集中繞組,轉子上并沒有繞組,所以結構相對較為簡單。定子和轉子均為矽鋼片疊壓而成的雙凸極結構,具有結構簡單堅固、可靠性高、質量輕、成本低、效率高、易于維修等優點,很适合作為電動汽車的驅動電機使用。
開關磁阻電機的缺點在于有轉矩波動大、需要位置檢測器,控制系統複雜,對直流電源會産生很大的脈沖電流等缺點。其次開關磁阻電動機為雙凸極結構,不可避免地存在轉矩波動,噪聲等問題。
總結:中國是世界上稀土永磁材料儲量最具豐富的國家,而對于體積相對較小的新能源乘用車來說,目前國内大多數車企還是采用功耗較低、制造成本較高的永磁同步電機為主。而其中具備自主研發電機能力的僅有北汽新能源、比亞迪汽車、蔚來汽車三家,不少企業隻能依賴供應商模式。不過随着新能源車爆發式的增長,市場對于新型的具有高性能、安全可靠、低成本的電機産品的需求将不斷增長,未來具備電機自研能力的企業将會越來越多,讓我們拭目以待一下吧。
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