1綜述

電動汽車驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是電動汽車的心臟，是把電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動車輛的部件。它的任務(wù)是在駕駛?cè)说目刂葡拢咝实貙恿﹄姵氐哪芰哭D(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到動力電池中。電能和機械能的相互轉(zhuǎn)化在電機轉(zhuǎn)子和定子間的氣隙形成。

2純電動汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)分類

單電動機：有差速減速器，無離合器和傳動裝置，需要低速大轉(zhuǎn)矩且速度變化區(qū)域大的電動機，電動機與逆變器的容量大。

雙電動機：前后驅(qū)動和雙輪轂電動機兩類，雙輪轂電動機及逆變器制造成本高。

四輪轂電動機：結(jié)構(gòu)更緊湊，效率最高。

3新能源汽車驅(qū)動電動機需滿足的性能

汽車運行功能、舒適性、適應(yīng)環(huán)境、一次充電的續(xù)駛里程、耐溫、耐潮濕、噪音低、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等。

（1）低速大轉(zhuǎn)矩特性及較寬范圍內(nèi)的恒功率特性

（2）在整個運行范圍內(nèi)的高效率、低損耗

（3）體積小，重量輕

（4）可靠性好、耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。

（5）價格低

（6）高電壓（盡量高電壓，減小電機尺寸和線束尺寸，降低逆變器成本）

（7）電氣系統(tǒng)安全性高（符合相關(guān)車輛電氣控制安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。）

（8）高轉(zhuǎn)速（體積小，重量輕）

（9）在車輛減速時實現(xiàn)制動能量回收并反饋蓄電池。

4電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

（1）傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)

電動機替代發(fā)動機。

仍然采用內(nèi)燃機汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成。

有電動機前置、驅(qū)動橋前置(F-F)，電動機前置、驅(qū)動橋后置(F-R)等各種驅(qū)動模式。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動機的性能。

（2）簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)

采用固定速比減速器，去掉離合器，可減少機械傳動裝置的質(zhì)量、縮小其體積。

（3）電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)

與發(fā)動機橫向前置、前輪驅(qū)動的內(nèi)燃機汽車的布置方式類似。

把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅(qū)動車輪。

傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝方便，在小型電動汽車上應(yīng)用最普遍。

（4）雙電動機驅(qū)動系統(tǒng)

采用兩個電動機通過固定速比減速器分別驅(qū)動兩個車輪。

每個電動機的轉(zhuǎn)速可以獨立的調(diào)節(jié)控制，便于實現(xiàn)電子差速，不必選用機械差速器。

電子差速器的優(yōu)點是體積小、質(zhì)量輕，在汽車轉(zhuǎn)彎時可以實現(xiàn)精確的電子控制，提高電動汽車的性能；其缺點是由于增加了電動機和功率轉(zhuǎn)換器，增加了初始成本，而且在不同條件下對兩個電動機進(jìn)行精確控制的可靠性需要進(jìn)一步發(fā)展。

（5）內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)

電動機裝在車輪內(nèi)，形成輪轂電動機，可進(jìn)一步縮短從電動機到驅(qū)動輪的傳遞路徑。

采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機(約10000r/min)，需裝固定速比減速器降低車速。一般采用高減速比行星齒輪減速裝置，安裝在電動機輸出軸和車輪輪緣之間，且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上。

高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機具有體積小、質(zhì)量輕和成本低的優(yōu)點，但它需要加行星齒輪變速機構(gòu)。

（6）外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)

采用低速外轉(zhuǎn)子電動機，可完全去掉變速裝置。

電動機外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪輪緣上，電動機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，車輪轉(zhuǎn)速和車速控制完全取決于電動機的轉(zhuǎn)速控制。

低速外轉(zhuǎn)子電動機結(jié)構(gòu)簡單，無需齒輪變速傳動機構(gòu)，但其體積大、質(zhì)量大、成本高。

5直流電動機

優(yōu)點：起步加速牽引力大，控制性能好，控制系統(tǒng)簡單，成本低。

缺點：機械轉(zhuǎn)向器會產(chǎn)生火花，轉(zhuǎn)速不能太高，過載能力、轉(zhuǎn)速范圍、功率體積比、功率質(zhì)量比、系統(tǒng)效率、使用維護(hù)等受到限制。

直流電動機的驅(qū)動特性

在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，勵磁電流保持不變，改變電樞電壓控制轉(zhuǎn)矩。

在恒功率區(qū)，電樞電壓保持不變，改變勵磁電流或弱磁控制轉(zhuǎn)矩。

直流電動機的驅(qū)動特性

電動汽車專用的直流電動機應(yīng)具有的特點

電樞軸要延長，便于安裝測速脈沖發(fā)生器和推力軸接頭。

轉(zhuǎn)子直徑要設(shè)計的小些，軸長要設(shè)計的長些。

為了便于散熱，電樞槽要比實際多一些。

為了換向器片、電刷等的定期檢查和維護(hù)，檢查口應(yīng)制造的大些。

由于震動，為了防止電刷的誤動作，應(yīng)提高電刷的預(yù)壓緊力。

電動汽車專用的直流電動機需要考慮的事項有：耐高溫性、抗震動性、低損耗性、抗負(fù)荷波動、小型輕量化、解決免維護(hù)性等。

6交流電動機

（1）同步電動機：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等。

又分為繞線式和永磁式。

（2）異步電動機：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運行可靠，維護(hù)方便，效率較高。

缺點：功率因數(shù)低。

電動汽車用交流異步電動機具有以下特點：

高速低轉(zhuǎn)矩時運轉(zhuǎn)效率高。

低速時有高轉(zhuǎn)矩，并有寬泛的速度范圍。

易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10000r/min的高速旋轉(zhuǎn)。

小型輕量化。

高可靠性。

制造成本低。

控制裝置的簡單化。

永磁同步電機的驅(qū)動特性

異步電動機是多變量系統(tǒng)，電壓、電流、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速相互影響。

異步電動機的調(diào)速控制：矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)速控制，變頻恒壓控制，自適應(yīng)控制，效率優(yōu)化控制等。

7永磁電動機

根據(jù)輸入電動機接線端的電流種類可分為：永磁直流電動機，永磁交流電動機（永磁無刷電動機，沒有電刷、滑環(huán)或換向器）

根據(jù)輸入電動機接線端的交流波形永磁無刷電動機可分為：永磁同步電動機、永磁無刷直流電動機

現(xiàn)有的永磁電動機可分為永磁直流電動機、永磁同步電動機、永磁無刷直流電動機和永磁混合式電動機四類（后三種稱為永磁無刷電動機）。

根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置不同，永磁同步電動機可分為：內(nèi)置式永磁同步電動機（SPM）、外置式永磁同步電動機（IPM）

需要研究解決的問題：

（1）電動機效率：低速效率較低。

（2）電動機的弱磁能力：轉(zhuǎn)速升高，電機電壓升高，要繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速，只有調(diào)節(jié)定子電流來等效弱磁提高轉(zhuǎn)速。磁路磁阻較大，弱磁能力較小。

優(yōu)點：

較高的“功率/質(zhì)量”比（轉(zhuǎn)子上無繞組、無銅耗、磁通量小，在低負(fù)荷時鐵損很小）。

更高的頻率、更大的輸出轉(zhuǎn)矩。

電機的動態(tài)性能好。

電機的極限轉(zhuǎn)速和制動性能等都優(yōu)。

其冷卻系統(tǒng)相對比較簡單。

恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長。

電機最高轉(zhuǎn)速較高，能達(dá)到10000r/min。

功率密度高、調(diào)速性能好。

在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行效率高（90%~95%）。

缺點：

磁通量調(diào)節(jié)比較困難。

控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，而且增加了成本。

永磁電機的功率范圍較小。

震動、高溫和過載電流作用時，可能會使永磁材料的導(dǎo)磁性能下降或發(fā)生退磁想象。

電機造價較高。

永磁材料會有退磁效應(yīng)。

抗腐蝕性差。

永磁材料磁場不可變，要想增加電機的功率，其體積會相應(yīng)地增大。

8輪轂電動機

輪轂電動機的驅(qū)動方式

（1）減速驅(qū)動方式

特點：可高速運行，可選內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機，有減速器。

優(yōu)點：有較高的功率和效率比，體積小，重量輕，扭矩大，爬坡性能好，低速轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)。

缺點： 難實現(xiàn)液態(tài)潤滑，此輪磨損快，壽命短，不易散熱，噪聲大。

（2）直接驅(qū)動方式

特點：多采用外轉(zhuǎn)子，要求電動機低速轉(zhuǎn)矩大，調(diào)節(jié)范圍寬。

優(yōu)點：無減速器，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、軸向尺寸小，效率較高，響應(yīng)較快。

缺點：起步、迎風(fēng)、爬坡、大負(fù)荷行駛需要大電流，易損壞電池和永磁體，效率峰值區(qū)小，負(fù)荷電流超過一定值后效率急劇下降。

使用輪轂電動機驅(qū)動系統(tǒng)的汽車具有很多優(yōu)勢：

（1）動力控制由硬連接改為軟連接形式。

（2）各電動機輪的驅(qū)動力直接獨立可控，動力控制更靈活、方便。

（3）容易實現(xiàn)各電動機的電氣制動、機電復(fù)合制動和制動能量反饋。

（4）底架結(jié)構(gòu)大為簡化，整車總體布置和車身設(shè)計自由度大。若在四輪電動機驅(qū)動系統(tǒng)導(dǎo)入線控四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)（4WS），車輛轉(zhuǎn)向行駛性能提升，轉(zhuǎn)彎半徑減小，甚至可以零半徑轉(zhuǎn)向。

輪轂電機的技術(shù)優(yōu)點：

省略大量傳動部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單，有利于電池包布置，對地板布置有利，使地板結(jié)構(gòu)更簡單；

傳動效率高；

重量輕；

可實現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動方式。

輪轂電機的技術(shù)缺點：

輪轂電機較大幅度地增大了簧下質(zhì)量，同時也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，這對于車輛的操控性能是不利的。

電制動性能有限，維持制動系統(tǒng)運行需要消耗不少電能；

由于輪轂電機系統(tǒng)的電制動容量小，不能滿足整車制動性能的要求，都需要附加機械制動系統(tǒng)；

沒有了傳統(tǒng)內(nèi)燃機帶動的真空泵，就需要電動真空泵來提供剎車助力，但也就意味了有著更大的能量消耗；

輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時在設(shè)計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問題。