電動機(jī)分類及特點

關(guān)于電動機(jī)分類及特點第1頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五電動機(jī)分類及特點不得不承認(rèn)，現(xiàn)階段制約電動車發(fā)展或者性能的因素很大一部分都源自電池技術(shù)，在上面的文章中我們介紹了目前市面上能夠買到的電動車所使用的電池類型。電池的充放電速度以及能量密度固然重要，但作為驅(qū)動車輪的電機(jī)，它本身的性能也會影響電動車的行駛表現(xiàn)。就像電池一樣，各廠商在電動機(jī)的應(yīng)用方面也在摸索中前行。第2頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五相比之下，電動機(jī)的發(fā)展趨勢還是更明朗一些，從現(xiàn)已成熟的電動機(jī)技術(shù)來看，開關(guān)磁阻電動機(jī)在各個技術(shù)特性方面似乎更符合電動車的使用需要，但尚未得到普及，永磁同步電動機(jī)已經(jīng)開始裝配在一些量產(chǎn)車上，例如騰勢、寶馬i3，應(yīng)用較廣泛的是異步電動機(jī)，此外，如果按電流類型劃分還可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩種。通過下面的表格，我們可以先大致了解下4種較為典型的電動機(jī)的性能特性。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第4頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五無刷直流電動機(jī)

電池儲存電能，電能是以直流電的方式從電池輸出經(jīng)過轉(zhuǎn)換器傳至電動機(jī)。直流電動機(jī)按有刷直流電動機(jī)和無刷直流電動機(jī)區(qū)分，有刷直流電動機(jī)因維護(hù)不方便被無刷直流電動機(jī)取代，無刷直流電動機(jī)已成為入門級電動車所使用的最為普遍的一種類型。第5頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第6頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五無刷直流電動機(jī)在技術(shù)特性上，無刷直流電動機(jī)可分為具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)以及具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)。我們所討論的范疇僅限較為主流的直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)。第7頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五無刷直流電動機(jī)根據(jù)電動車對電動機(jī)的技術(shù)要求，直流電動機(jī)能夠滿足電動車運行的基本需求，另外，無刷直流電動機(jī)也不需要用戶在用車期間去考慮它的維護(hù)問題，基于這樣的特性，無刷直流電動機(jī)成為入門級電動車的首選。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第9頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五無刷直流電動機(jī)之所以說它是入門級電動機(jī)的首選是因為這種電動機(jī)自身也存在一些弊端，這些弊端會成為阻礙它在電動車行業(yè)里的發(fā)展。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五無刷直流電動機(jī)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍不算寬泛，而且最高轉(zhuǎn)速僅為6000rpm左右，這樣的轉(zhuǎn)速屬性很難滿足電動車的工況需求，所以，有些廠商通過為其匹配二級減速器或具備一定傳動齒比范圍的CVT變速箱來彌補(bǔ)直流電動機(jī)在轉(zhuǎn)速方面的短處。顯然，這樣的技術(shù)結(jié)構(gòu)在空間布置以及重量控制方面對整車的設(shè)計都有不利的影響。當(dāng)然，也可以只為電動機(jī)匹配一個單級減速器，但車輛的動力性能以及最高車速都會受到影響。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五為什么現(xiàn)在異步電動機(jī)應(yīng)用最廣泛？

一款產(chǎn)品或者一種技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的原因一定離不開成本和功能這兩方面的平衡，異步電動機(jī)在電動車領(lǐng)域的普及就能說明這一點。異步電動機(jī)的擁躉者中除了國內(nèi)大多數(shù)廠商推出的電動車產(chǎn)品外，還包括在電動車陣營中獨樹一幟的特斯拉MODEL

S。在技術(shù)方面，異步電動機(jī)為什么能夠得到普及？第12頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第13頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第14頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五異步電動機(jī)異步電動機(jī)也可被歸納到交流電動機(jī)范疇。變頻調(diào)速是電動機(jī)首先要具備的功能，因為，純電動車的車輪由電動機(jī)和差速器組成的傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，電動機(jī)本身的轉(zhuǎn)速范圍即可滿足車輛的行駛需要，因此，從技術(shù)結(jié)構(gòu)來看，變速箱不再是整個動力系統(tǒng)的必要裝置，但是，在變頻調(diào)速的性能方面，還是對電動機(jī)提出了較高的要求，另外，倒車也是日常駕駛時經(jīng)常遇到的問題，所以，還需要電動機(jī)能夠自如的在正反轉(zhuǎn)狀態(tài)間切換。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第16頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五異步電動機(jī)異步電動機(jī)具備變頻調(diào)速的能力，其效果相當(dāng)于我們所理解的裝配有無級變速箱的車輛在加速時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速較為線性的對應(yīng)關(guān)系。而上面提到的倒車問題，異步電動機(jī)也可輕易通過自身正反轉(zhuǎn)的切換給予滿足。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第18頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五異步電動機(jī)異步電動機(jī)實現(xiàn)動能回收也更為容易。車輛滑行或制動時，車輪反拖電動機(jī)轉(zhuǎn)動，在這個工況下，電動機(jī)可進(jìn)行發(fā)電并將電能回收到電池中，以此延長車輛的續(xù)航里程。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第20頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五異步電動機(jī)功能上能夠滿足電動車的技術(shù)需求，但其自身結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，由此帶來的是堅固耐用、工作狀態(tài)穩(wěn)定、成本易控等優(yōu)勢。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五更好的電動機(jī)是什么類型

永磁同步電動機(jī)

事實上，永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與上面提到的直流電動機(jī)相似，這樣便可具備無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、功率密度大、調(diào)速性能好等特點。與此同時，由于永磁同步電動機(jī)采用的驅(qū)動方式不同于直流電動機(jī)，所以，在噪音以及控制精度環(huán)節(jié)，永磁同步電動機(jī)更勝一籌。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第23頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第24頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第25頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第26頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)的使用對于電動車的乘坐舒適性也有幫助。通常情況下，我們把乘員艙的靜音性當(dāng)做衡量一款汽車舒適性的因素之一，對于一般用戶而言，這樣的衡量標(biāo)準(zhǔn)電動車同樣適用。目前的電動車大多只提供一級減速器，所以，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，受電動機(jī)驅(qū)動方式、裝配精度以及各個部件間的匹配等因素影響，車輛行駛時電動機(jī)發(fā)出的噪音有可能影響到車內(nèi)乘員的乘坐舒適性。當(dāng)然，我們并不能否然整車隔音工程的作用，但僅評價對噪音源的控制，永磁同步電動機(jī)還是有一定優(yōu)勢，另外，它的體積也更小，換言之，布置更為靈活，更輕的自重對整車重量也有所貢獻(xiàn)。寶馬i3所使用的正是永磁同步電動機(jī)。第27頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五第28頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五

特斯拉為什么不用永磁同步電動機(jī)

第29頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五永磁同步電動機(jī)從技術(shù)優(yōu)勢來看，永磁同步電動機(jī)應(yīng)該成為高端電動車必用的一個類型，但事情也沒有這么絕對，特斯拉MODEL

S使用的則是上面介紹的異步電動機(jī)類型，盡管在重量和體積方面，異步電動機(jī)并不占優(yōu)勢，但其轉(zhuǎn)速范圍廣泛以及高達(dá)20000rpm左右的峰值轉(zhuǎn)速即使不匹配二級差速器也能夠滿足該級別車型高速巡航的轉(zhuǎn)速需求，至于重量對續(xù)航里程的影響，高能量密度的18650電池能夠“掩蓋”電機(jī)重量的劣勢。此外，異步電機(jī)穩(wěn)定性優(yōu)秀也是特斯拉選擇其的重要原因。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五

開關(guān)磁阻電動機(jī)

開關(guān)磁阻電動機(jī)是一個很具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱訖C(jī)，在同樣具備結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、工作可靠、效率高等優(yōu)勢外，它的調(diào)速系統(tǒng)可控參數(shù)多和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比上述電動機(jī)都要好。功率密度也更高，這意味著電動機(jī)在重量更輕且功率大，當(dāng)電流達(dá)到額定電流的15%時即可實現(xiàn)100%的起動轉(zhuǎn)矩。另外，更小的體積也使得電動車的整車設(shè)計更為靈活，可以將更大的空間貢獻(xiàn)給車內(nèi)，更為重要的是，這種電動機(jī)的成本也不高。第31頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五說了這么多優(yōu)點，那為什么這類電動機(jī)還無法得到普及呢？

雖然開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，但控制系統(tǒng)的設(shè)計相對復(fù)雜，特別是在研發(fā)階段，現(xiàn)有技術(shù)很難為其建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。在實際運轉(zhuǎn)過程中，電動機(jī)本身發(fā)出的噪音以及振動是電動車無法“容忍”的，尤其是負(fù)載運行的工況下，這兩點尤為明顯。綜上所述，這類電動機(jī)或許在未來能夠通過技術(shù)優(yōu)化克服致命硬傷的前提下，廣泛應(yīng)用于電動車領(lǐng)域，能夠幫助電動車的續(xù)航里程有所提升。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，11點34分，星期五誕生100年，仍無法被廣泛應(yīng)用的電動機(jī)

而誕生于100年前的輪轂電機(jī)到現(xiàn)在仍舊停留在概念階段，目前，很多配套廠商都能夠拿出