一、新能源汽車用電機(jī)類型及趨勢(shì)

（一）電機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。

簡(jiǎn)單來(lái)講，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器兩部分構(gòu)成。從電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈來(lái)看，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所占的成本之比大致相同。

圖表1 電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件

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新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于中低壓電機(jī)范疇，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，相對(duì)一般中低壓產(chǎn)品，它具有較高的性能要求：

1）調(diào)速范圍寬：新能源汽車有兩類工況場(chǎng)景，在啟動(dòng)、加速、 爬坡時(shí)，要求工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間；在高速行駛時(shí)，要求電機(jī)工作在恒功率區(qū)間；

2）功率密 度高，主要是為了在盡量小的車內(nèi)空間限制、電池電量下，提高續(xù)航里程；

3）安全可靠， 要求電機(jī)的穩(wěn)定工作和抗震、散熱性能佳；

4）輕量化，即電機(jī)體積小，滿足整車輕量化的要求；

5）過(guò)載能力強(qiáng)：在啟動(dòng)、加速、爬坡工況下，要求電機(jī)具有 4-5 倍的過(guò)載能力。

圖表2 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能要求

要求

原因

調(diào)速范圍寬

包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)（啟動(dòng)、加速、爬坡）和恒功率區(qū)（高速行駛）

功率密度高

提高續(xù)航里程

安全可靠

抗震

輕量化

體積小、減重 過(guò)載能力強(qiáng) 4-5倍的過(guò)載能力（啟動(dòng)、加速、爬坡）

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（一）不同電機(jī)類型應(yīng)用場(chǎng)景存在差異

電機(jī)一般要求具有電動(dòng)、發(fā)電兩項(xiàng)功能，按類型可選用直流、交流、永磁無(wú)刷或開(kāi)關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機(jī)。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機(jī)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級(jí)的直流、交流或脈沖電源。

適合新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開(kāi)關(guān)磁阻三大類。因其不同特點(diǎn)， 各有應(yīng)用場(chǎng)合。

永磁同步電機(jī)體積小、質(zhì)量輕，功率密度大，可靠性高，調(diào)速精度高，響應(yīng)速度快；但最 大功率較低，且成本較高。由于永磁同步電機(jī)具有最高的功率密度，其工作效率最高可達(dá) 97%，能夠?yàn)檐囕v輸出最大的動(dòng)力及加速度，因此主要用在對(duì)能量體積比要求最高的新能源乘用車上。

交流異步電機(jī)價(jià)格低、運(yùn)行可靠；但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。 價(jià)格優(yōu)勢(shì)使得其在新能源客車中使用的較廣泛。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍寬；但震動(dòng)、噪聲大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且 對(duì)直流電源會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流。用于大型客車。

圖表3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比

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新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前的發(fā)展方向有以下幾方面：小型輕量化；高效性；更出色的轉(zhuǎn)矩特性；使用壽命長(zhǎng)，可靠性高；噪聲低；價(jià)格低廉。隨著時(shí)間的推移，新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)了下面的趨勢(shì)：

①電機(jī)本體永磁化：永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機(jī)是我國(guó)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要發(fā)展方向。

②電機(jī)控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了電機(jī)控制器的數(shù)字化，提高了電機(jī)系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。

③電機(jī)系統(tǒng)集成化：通過(guò)機(jī)電集成(電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成或電機(jī)與變速箱集成)和控制器集成，有利于減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本。

（二）永磁同步電機(jī)成主流趨勢(shì)

現(xiàn)階段，交流異步電機(jī)主要是以特斯拉為首的美國(guó)車企和部分歐洲企業(yè)使用。一方面，這與特斯拉最初的技術(shù)路徑選擇有關(guān)，交流感應(yīng)電機(jī)價(jià)格低廉，而偏大的體積對(duì)美式車并無(wú)掛礙；另一方面，美國(guó)高速路網(wǎng)發(fā)達(dá)，交流電機(jī)的高速區(qū)間效率性能上佳。

包括中國(guó)、日本在內(nèi)的其他國(guó)家新能源汽車電機(jī)最廣泛使用的仍是永磁同步電機(jī)。適合本國(guó)路況是主要因素，永磁同步電機(jī)在反復(fù)啟停、加減速時(shí)仍能保持較高效率，對(duì)高速路網(wǎng)受限的工況是最佳選擇。此外，我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐富，日本稀土永磁產(chǎn)業(yè)有配套基礎(chǔ)也是重 要因素。目前，永磁同步電機(jī)在我國(guó)新能源汽車中的使用占比超過(guò) 90%。

日本的豐田、本田、日產(chǎn)等汽車公司基本上都采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如豐田公司的Prius，本田公司的CIVIC。因?yàn)樵谌毡荆?yīng)永磁電機(jī)使用的稀土磁鐵的公司比較多，同時(shí)汽車大多以中低速行駛，因此采用加減速時(shí)效率較高的永磁同步電動(dòng)機(jī)較為適宜。日本在發(fā)展混合動(dòng)力汽車方面居世界領(lǐng)先地位，其中以豐田普銳斯最為著名。