新能源车的驱动电机的类型及性能对比

在新能源汽车发展的早期，直流电机曾经凭借易于控制、调速性能好、成本低等优势成为新能源汽车不可或缺的主流产品，但伴随这些优点而生的，是售后维护不方便、可靠性不佳、使用寿命不满足要求等缺陷。

随着技术发展，直流电机也完成了自己的使命，逐渐被前文所述的交流电机，尤其是永磁同步电机所取代。

直流电机的定义

直流电机(synchronous machine)将直流电能直接转换为机械能，或将机械能转换为直流电能的旋转电机。直流电机由定子、转子和转向器组成。

直流电机的工作原理：

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。

导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

电动车直流电机机构

直流电机运行时静止不动的部分称为定子，也称为主磁极。定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。

运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

换向器由许多铜片组成，使用云母片作为绝缘。换向器的作用是使转子的电流及时换向，将从电刷输入的直流电转换为交流电。

直流电机的分类

直流电机按励磁方式不同，可分为如下几种类型。

直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。

他励

励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机。永磁直流电机也可看作他励直流电机。

并励

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

串励

串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。

复励

复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。

不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。

直流电机的优劣对比

(1) 优点

从性能角度而言，直流电机具有良好的电磁转矩控制特性，可以满足电动汽车对动力源低速高转矩，高速地转矩的要求，可以频频繁快速启动、制动和翻转，调速平滑精准，抗过载能力强，能够承受频繁的冲击负载；

从控制逻辑而言，直流电机采用斩波器实现调速控制，控制灵活高效，质量轻，体积小，响应速度快；

从恒功率角度而言，直流电机恒功率输出范围宽，可确保车辆具有良好的低速启动性能和高速行驶能力。

(2) 缺点

效率低，和多种交流电机相比，直流电机的效率低下；

维护工作量大，有刷直流电机工作时电刷和转向器之间会产生火花，转向器易烧蚀；

电磁兼容影响，火花会产生电磁干扰，对整车电磁兼容性的影响很大，严重情况下，会影响整车上和安全相关的电子通信，危及车辆行驶安全；

使用范围受限，当高速运行或大负荷运行时，转向器表面容易产生火花，因此直流电机不能在多尘、潮湿、易燃易爆的环境下使用，不太适用于电动车种种恶劣的工况。

最后，我们来介绍第四个常用电机，开关磁阻电机。

开关磁阻电机的定义

开关磁阻电动机(Switched Reluctance Machine)是一种新型调速电机，整个系统主要包括电机实体、功率变化器、控制器与检测器等部件。

简单来说，开关磁阻电机原理和三相异步交流电机一样，都具有一个“旋转的磁场”。依次对转子和定子通电，磁场就会运动，再按顺序变换绕组正负极就完成了磁场旋转，就有了一个完整的相位变换。

开关磁阻电动机的转动力矩来源于“磁阻最小原理”——磁通总要沿磁阻最小的路径闭合。而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。

开关磁阻电机原理

开关磁阻电机的优劣对比

(1) 优点

结构简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，定子只需要几个集中绕组即可，整体结构比感应电机还要简单，因此制造渐变，成本低廉；

电路简单，系统可靠程度高，因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方相绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关，每个功率开关器件均直接与电动机绕组相串联，规避了短路风险，系统中的保护电路可以简化，降低成本。

性能好，开关磁阻电机可以在较宽转速和转矩的范围内运行，在很广的范围内保持高效率，适用于高速运转，可在15000-50000rpm运转，响应性好，调速范围大；

控制灵活多变，可实现四象限工作，不会由于电机温度高而失去磁性。

(2) 缺点

转矩有脉冲现象，开关磁阻电机转子上产生的转矩石是由一系列脉冲转矩叠加而成，这影响开关磁阻电机的低速运行性能，功率密度和效率偏低；

振动和噪音大，这是由于开关磁阻电机的转速与转矩有脉动现象，使电机产生振动与噪音；

控制系统复杂，相较于其他类型电机，开关磁阻电机还需要位置检测器、电流检测器等，使得控制和接线比较复杂。

总结 4种常见电机的参数汇总

我们在上一篇推文的基础上，把4种常见电机的性能汇总起来，形成如下对比表格，供大家在工作学习中查阅。

电机比较

至此，有关驱动电机的相关基础信息已全部分享完毕，后续将不间断地分享和科普有关新能源汽车的几大重要部件，包括DCDC转换器，动力电池，高压配电盒和车载充电机等核心电器件。

审核编辑：郭婷