一、什么是電機(jī)

電機(jī)，顧名思義，就是將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一種電力原件。當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí)，電機(jī)表現(xiàn)出的就是電動(dòng)機(jī)的工作特性，當(dāng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，電機(jī)表現(xiàn)出的就是發(fā)電機(jī)的工作特性，結(jié)合到新能源汽車上，新能源汽車在放電狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)或者后退時(shí)，表現(xiàn)出的就是電動(dòng)機(jī)特性，在車輛松開加速踏板或者踩下制動(dòng)踏板時(shí)，表現(xiàn)出的就是發(fā)電機(jī)特性。

二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類

現(xiàn)階段的新能源汽車常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括兩種，永磁同步電機(jī)及交流異步電機(jī)，且大多數(shù)新能源汽車采用的是永磁同步電機(jī)，只有少部分車輛采用了交流異步電機(jī)。

1. 交流電機(jī)

交流電動(dòng)機(jī)主要有兩大部件：定子和轉(zhuǎn)子。定子是最外面的圓筒，圓筒內(nèi)側(cè)纏繞有很多繞組，這些繞組與外部交流電源接通，整個(gè)圓筒則與機(jī)座連接在一起，固定不動(dòng)，因此稱為“定子”。

在定子內(nèi)部，要么是纏繞有很多繞組的圓柱體，要么是籠型結(jié)構(gòu)的圓柱體，它們與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接在一起并同速旋轉(zhuǎn)，因此稱為“轉(zhuǎn)子”。轉(zhuǎn)子與定子之間沒有任何連接和接觸，但是當(dāng)定子上的繞組接通交流電源時(shí)，轉(zhuǎn)子就會(huì)立刻旋轉(zhuǎn)并輸出動(dòng)力。

交流電動(dòng)機(jī)的工作原理：通電繞組在旋轉(zhuǎn)磁場里轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子并不接觸，為什么給定子繞組通上交流電后，轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn)呢？其工作原理用到兩大電磁定律：電磁感應(yīng)定律和楞次定律。當(dāng)定子上纏繞的繞組通上交流電后，由于交流電的特性，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子上的繞組是一個(gè)閉環(huán)導(dǎo)體，它處在定子的旋轉(zhuǎn)磁場中就相當(dāng)于在不停地切割定子的磁感應(yīng)線。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合導(dǎo)體的一部分在磁場中做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流。

根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因，也就是盡力使轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體不再切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)線，這樣的結(jié)果就是：轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體會(huì)“追趕”定子的旋轉(zhuǎn)電磁場，也就是使轉(zhuǎn)子追著定子旋轉(zhuǎn)磁場跑，最終使電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子電磁場的轉(zhuǎn)速慢一點(diǎn)點(diǎn)（2%~6%），也就是異步運(yùn)行，所以才將這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)。

3. 永磁同步電機(jī)

在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子磁場的形成要分兩步走：第一步是定子旋轉(zhuǎn)磁場先使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流；第二步是感應(yīng)電流再產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。在楞次定律的作用下，轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，但又“永遠(yuǎn)追不上”，因此才稱其為異步電動(dòng)機(jī)。如果轉(zhuǎn)子繞組中的電流不是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的，而是自己產(chǎn)生的，則轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場無關(guān)，而且其磁極方向是固定的，那么根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉(zhuǎn)磁場就會(huì)推拉轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子磁場和轉(zhuǎn)子本身，一起與定子旋轉(zhuǎn)磁場“同步”旋轉(zhuǎn)。這就是同步電動(dòng)機(jī)的工作原理。

 

永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較高的功率質(zhì)量比，體積更小，質(zhì)量更輕，輸出轉(zhuǎn)矩更大，電動(dòng)機(jī)的極限轉(zhuǎn)速和制動(dòng)性能也比較優(yōu)異，因此永磁同步電動(dòng)機(jī)已成為現(xiàn)今電動(dòng)汽車應(yīng)用最多的電動(dòng)機(jī)。但永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降，或發(fā)生退磁現(xiàn)象，有可能降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能。另外，稀土式永磁同步電動(dòng)機(jī)要用到稀土材料，制造成本不太穩(wěn)定。

 

四、電動(dòng)汽車電機(jī)的基本要求

1. 電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，封裝尺寸有限，必須根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

2. 重量輕，以減輕車輛的整體重量。應(yīng)盡量采用鋁合金外殼，同時(shí)轉(zhuǎn)速要高，以減輕整車的質(zhì)量，增加電機(jī)與車體的適配性，擴(kuò)大車體可利用空間，從而提高乘坐的舒適性。

3. 可靠性高、失效模式可控，以保證乘車者的安全。

4. 提供精確的力矩控制，動(dòng)態(tài)性能較好。

5. 效率高，功率密度較高。要保證在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有很高的效率，以降低功率損耗，提高一次充電的續(xù)駛里程。

6. 成本低，以降低車輛生產(chǎn)的整體費(fèi)用。

7. 調(diào)速范圍寬。應(yīng)包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低速運(yùn)行輸出的恒定轉(zhuǎn)矩大，以滿足汽車快速啟動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡等要求；高速運(yùn)行輸出恒定功率，有較大的調(diào)速范圍，以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。

8. 瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)。要保證汽車具有4~5倍的過載能力，以滿足短時(shí)內(nèi)加速行駛與最大爬坡的要求。

9. 環(huán)境適應(yīng)性好。要適應(yīng)汽車本身行駛的不同區(qū)域環(huán)境，即使在較惡劣的環(huán)境中也能夠正常工作，具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。

五、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理

動(dòng)力電池的直流電經(jīng)過高壓配電箱，通過電機(jī)控制器中的 DC/AC 變換器將直流電逆變成交流電，提供給永磁同步電機(jī)，進(jìn)而永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

當(dāng)車輛滑行或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其處于發(fā)電狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用車輛動(dòng)能發(fā)電，通過電機(jī)控制器中的 AC/DC 變換器將三相交流電整流成直流電，回收能量存入動(dòng)力電池。

為避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過程中溫度過高，電機(jī)冷卻循環(huán)水管中的冷卻液可將多余的熱量帶走，使其保持在正常的工作溫度范圍內(nèi)。