新能源汽車驅動電機發展概況與趨勢目錄TOC\o"1-2"\h\u12137緒論 217934第一章新能源汽車驅動電機 2252381.1概述 2193351.1.1驅動電機定義 2300231.1.2新能源汽車驅動電機的運行模式 210691（1）電動模式 26344（2）發電模式 23161.1.3新能源汽車驅動電機和工業電機的區別 222152第二章驅動電機的類型 3238302.1驅動電機的分類 324262（1）直流電動機的工作原理和基本構造 324476（2）直流電動機的特點及工作特性 314744（3）直流電機在新能源汽車上的應用 329702.2永磁電動機 4218622.2.1永磁電動機的分類和特點 422904（2）永磁同步電機 41554（3）永磁同步電機在新能源汽車上的應用 5323262.3開關磁阻電機 5251712.3.1開關磁阻電機的結構和工作原理 5153892.3.2開關磁阻電機優、缺點 664292.3.3開關磁阻電機在汽車上應用 637042.4輪轂電機 7263712.4.1輪轂電機的結構和原理 7231622.4.2輪轂電機的驅動方式 7214992.4.3輪轂電機在汽車上的應用 719001第三章驅動電機日常保養與案例分析 8255783.1驅動電機的保養 8295733.2典型故障案例分析 830943第四章總結與展望 9117154.1全文總結 9235344.2對新能源汽車未來的展望 922490參考文獻 10摘要對目前的汽車市場來講，全球所有的汽車行業都開始向新能源汽車發展，所以新能源行業已經到了飛速發展的時期。而作為新能源車的心臟的驅動電機也得到了發展，本篇文章就是探討新能源車所使用各種驅動電機，在熟悉驅動電機的結構和原理后能夠對驅動電機進行日常保養和對具體車型的電機故障進行分析。關鍵詞：新能源汽車；驅動電機；電機故障分析緒論當今社會環境污染、能源枯竭形勢日夜嚴峻，新能源汽車已經成為了當前汽車行業發展的一個大趨勢。要做好新能源汽車的核心之一在于電機驅動技術，本文主要的分析對象是新能源汽車的電動機技術。本篇文章分為三個章節，第一章主要對新能源汽車驅動電機系統的組成、運行模式、主要參數、與工業電機相比較進行了簡單的概括。第二章主要對直流電機、輪轂電機、永磁電動機和開關磁阻電機結構和形勢進行了比較全面的介紹，并分析這種電機的優點和缺點，以及在新能源汽車上的應用。第一章新能源汽車驅動電機1.1概述1.1.1驅動電機定義驅動電機是一種專門用于驅動新能源汽車行動的電機，是新能源汽車的心臟。1.1.2新能源汽車驅動電機的運行模式驅動電機有兩種運行模式，一種電動模式，一種是發電模式。（1）電動模式當車處于電動模式時，電機會將蓄電池輸送過來的電能轉化為機械能，使汽車行動起來。（2）發電模式在車輛下坡或者減速剎車時，車輛帶動電機，電機輸出電流，電流經過逆變器后輸出直流電給蓄電池充電。1.1.3新能源汽車驅動電機和工業電機的區別作為新能源汽車來講，它的驅動電機和工業上的電機有很大的不同。一般的工業電機有額定的工作點，但是汽車的驅動電機，卻會經常加速、減速、倒車、停車。在爬坡和低速狀態時，需要較高的扭矩。高速時要小轉矩。驅動電機在新能源汽車上必須具有：較高的可控性、很高的精度、優異的性能；而工業上所使用的電機只須要達到特定的要求就可以了第二章驅動電機的類型2.1驅動電機的分類2.1.2直流電動機（1）直流電動機的工作原理和基本構造對于直流電機，它構成的元器件有：定子、轉子、換向器、電刷、電樞和勵磁兩種電路。定子這種勵磁電路是使用勵磁纏繞產生的磁場，轉子這種電路是用來安裝電樞繞組的，因為電流是雙向的，所以要用轉換器來實現切換。直流電動機的工作原理，一個簡單的單匝電樞線圈組成電樞電路，電樞線圈通過一個換向器和一對電刷與直流電相連接。換向器用來保持外來的電流方向不變，是切換電樞線圈里的電流方向來實現的；電刷是導通旋轉的換向器和直流電源之間的電路（2）直流電動機的特點及工作特性直流電動機具有以下特點：1）電樞軸應加長，能快速檢查推力軸接頭和更好的裝備脈沖發生器，2）轉子小，軸長，適應了高速旋轉。3）為了增強散熱性，增加了較多的散熱槽直流電機融合了兩種電機的優點，一是串勵電機的軟機械特點，還有他勵電機的硬機械特點。（3）直流電機在新能源汽車上的應用最初造出來的電動車大部分都采用直流驅動電機，哪怕是到了現在，直流電機也沒有被淘汰，仍然有部分新能源車在使用驅動電機。但由于存在一些設計上的缺陷，這些缺陷會對電機運轉速度、負載能力進行限制，長時間還會對電刷和換向器造成不可逆的磨損。需要在一段時間以后進行更換。還有，磨損一般會出現在轉子，對散熱有了很大影響，對轉矩的提高有了限制。毫無疑問，在電機這一塊，直流電機經過這么多年的發展，它的技術已經非常完善和發達了。新能源汽車中直流電機驅動具有技術成熟和控制簡單的明確優勢。然而，隨著對電機性能要求的提高，例如:效率要高、功率密度高、免維護運行等不斷增長的要求，直流電機驅動對于新能源汽車不再具有吸引力。一些直流電機驅動，如在現代一些迷你車型仍然使用他勵直流電機，隨著交流電機驅動技術的不斷完善，在不久的將來，直流電機驅動在電動汽車中的應用將被交流或無刷直流電機驅動所取代。2.2永磁電動機2.2.1永磁電動機的分類和特點（1）永磁電動機的種類及特點永磁驅動電動機有多種分類方法，通過輸入電流不同分類，有直接電機，交流電機兩種。這種分類通俗易懂，在永磁交流電機里，沒有電刷、集電環或者換向器，所以也可以較無刷電機。通過電機輸入電流不同的交流波形，永磁無刷電機又有兩種，即同步和無刷直流，永磁同步電機輸入的電流是或接近正弦波，呈交流波形的是永磁無刷直流電機。永磁無刷電機功率大的原因，主要是電機本身磁場和相互作用力大于電流的正弦波，但是換向電流出現的轉矩脈動也很大。永磁混動式是一種新的永磁電動機，運用于新能源汽車驅動，這種發動機的特點是它不僅有一個能長時間保持磁性的物體，而且有一個勵磁繞組。通常在轉子中加入能保持磁性的物體，將其固定在定子上。并且不含任何特別的控制方法，它控制磁通的方法就是改變直流磁電流，從而就有比別的永磁電機更大的轉速區間，尤其在高速區，完美實現汽車對電動機功率的需求。這種電動機內部不同于其他電動機，所以它被劃分為另一類永磁無刷電動機。現在我們常見的永磁電機都是直流電機，和不具備電刷、換向器的無刷驅動電機。對于永磁同步電機來說，它的性能最主要是受永磁材料的影響。永磁材料可以分為三類，反磁、順磁和鐵磁材料三種。（2）永磁同步電機到現在來講，永磁同步電機的技術優勢是最大的，所以變成了主流。世界上沒有絕對的東西。異步發動機雖然在質量和尺寸上沒有優勢，轉速的區間大，使用方便，簡單、耐用、可靠、成本低。由于重量影響了電車的續航，在以后如果電池的技術得到大幅提高，加上異步發動機進行更好的升級，一定會影響永磁同步電機的地位。永磁同步電機的操作性是目前最好的，響應速度要比異步電動機快很多。可以說直流無刷電機和永磁同步電機的差別不大，但后者轉矩控制精度差。（3）永磁同步電機在新能源汽車上的應用永磁無刷發動機中，同步和有刷兩種電機優點各不相同，不過永磁同步電機的技術更先進。它的傳動效率更優秀、轉矩脈動小等優勢，而永磁無刷直流電機的功率密度大、轉矩密度大等優勢。可以預期的是，上述兩種電機驅動在電動汽車市場上將不分伯仲。永磁無刷電機驅動的發展高度依賴永磁材料。近年來，鑒于永磁材料具有成本高、供應匱乏和熱穩定性差等問題，永磁無刷電機的發展速度勢必會受到削弱，從而開辟了兩個電動汽車電機嶄新的研究和發展方向：定子永磁型電機和先進無永磁型電機。然而，永磁無刷電機的發展仍會進一步延伸到雙定子拓撲，以滿電動汽車高轉矩密度的需要；或轉子拓撲，以實現混合電動汽車的功率分配。永磁同步電機已經時常用在新能源汽車領域里，它里面的永磁體，就是把永磁材料放入生產的發動機里，以進一步提高發動機性能。當轉子運動的速度和定子繞組的頻率一樣的時候就叫做永磁同步。所以想要控制汽車的速度，可以通過觀察發動機現階段輸入頻率。和別的電動機相比，在相同大小和重量的電動機里，永磁同步電機的功率和加速能力最大，這就導致如今新能源車企對于驅動體積和功率要求如此嚴格的時候會選擇永磁同步電機。而且永磁同步電機的結構和直流電機很相似，所以也同時具備了耐用、動力好、內部構造簡單、調速性好的優點，而且，它的驅動方式和直流電機不一樣，所以在噪聲和控制方面均優于直流電機。轉子上的永磁材料在高溫、振動、超載等使用環境下，磁會衰減，所以惡劣的使用會讓其容易壞掉，由于使用成本過高的永磁材料，導致了電機的都投入過大。2.3開關磁阻電機2.3.1開關磁阻電機的結構和工作原理對于開關電阻類型發動機來講，作為全新的調速發動機，具備了直流和交流兩種調速系統的優點，是無刷連續和變頻兩種調速系統的總結，到目前為止最先進的無級的調速系統。它的內部構造簡單，使用場景廣，性能好，在使用過程中具有非常好的可靠和高效性。它的內部構造主要有4個方面組成，開關磁阻電機、控制器、功率變換器和位置檢測器。開關磁阻發動機系統切換結合了感應發動機驅動系統和直流電驅動系統的優點，是這些驅動系統的有力競爭對手。2.3.2開關磁阻電機優、缺點1、開關磁阻電動機的利用系數比較大2、電動機的構造部件少，它的特點是成本低、穩定可靠、制造簡單、維修方便。4、開關磁阻發動機的轉子結構具有有限的轉速限制，因此可以在高速發動機上實現。此外，轉子轉矩小，電流為擺振時相位轉矩的大小和方向可以隨時改變，系統具有良好的動態響應。5、SR開關磁阻電機，有著特殊的內部構造、控制能力和設計手段，有些比肩感應電機的單元處理能力，或者更優秀。開關磁阻電機有著高水平的規定區間的速度和負載范圍的效率和功率。開關磁阻電動機驅動系統的主要缺點是：1、有轉矩脈動。2、SR電動機的噪音與震動比一般電動機大。3、SR電動機的線頭較多。2.3.3開關磁阻電機在汽車上應用一百多年以來，開關磁阻電機不斷的發展，人們對開關磁阻電機的關注也起起伏伏。列如：在19世紀80年代，開關磁阻電機由于其結構牢固、控制簡單、免維護等這些原因得到了極大的發展；20世紀90年代則因為開關磁阻電機的轉矩密度低、轉矩脈動大和有噪音等問題，受到了永磁無刷電機的強烈沖擊。從10年前開始，人們對開關磁阻電機驅動重燃興趣，尤其對于比較關注制造成本和可靠性的新能源汽車行業極具吸引力。由于永磁電機所需的稀土材料短缺且價格高昂，開關磁阻電機的吸引力顯著增加，被認為是在電動汽車驅動領域最有希望與永磁無刷電機相競爭的驅動系統。因此，許多高校、研究所以還有新能源汽車企業都在積極開發開關磁阻電機在新能源汽車中的應用技術。利用先進的計算機和精密的控制策略，開關磁阻電機的大部分缺點(如轉矩脈動、噪聲等)被克服或減弱，轉矩和功率密度也得到提升，在某些方面甚至超過了感應電機。總之，開關磁阻電機的技術已經成熟。所以，近幾年來，部分專門為電動汽車的推進而設計的開關磁阻電機已經商業化使用。同時，一些開關磁阻電機在新能源汽車中實際應用也越來越多了。可以想到在不久的將來，越來越多的新能源汽車企業會采用開關磁阻電機來作為驅動電機。2.4輪轂電機2.4.1輪轂電機的結構和原理輪轂電機這種技術又叫做車輪集成技術，就是把所有的部件，包括傳動、制動、電機都放進輪轂里，讓汽車的機械部分極大減少。輪轂電機不是最近才出現的，早在20世紀，就有汽車使用輪轂電機了，在1970年左右，礦物運輸車就開始使用輪轂電機了，但輪轂電機被家庭用車使用的歷史，日本汽車企業研究的比較早，技術相對來說也比較先進。其中豐田通用等汽車國際巨頭對其進行研發。輪轂電機驅動系統的結構形式按照轉子形式有內外兩種轉子式，使用低速外轉子電機的外轉子式，電機的最高轉速在1000-1500r/min，由于沒有減速的裝置，所以車輪和電機連在一起，轉速相同。但是使用了高轉速內轉子電機的內轉子式，有了特定傳動比的減速器，同時想要得到很高的功率，電機的轉速可高達10000r/min。由于行星齒輪減速器越來越緊湊，所以在電動機的功率方面，內轉子式的輪轂電機更優于外轉子式。2.4.2輪轂電機的驅動方式輪轂電動機使用時可分為減速驅動和直接驅動兩種驅動方式。使用減速驅動這種方式，對于經常在高速狀態行駛下的電動機，可以選擇的電動機是高速內轉子式。在車輪與電動機中間放置減速裝置，可以用來簡述和增大轉矩，簡述驅動方式的優點：高速運轉時具有較高的運行效率，因為扭矩大，爬坡性能良好，同時低速時也有很好的扭矩。缺點就是：不好對齒輪間進行用法導致了磨損嚴重，從而使用時間短，使用時聲音很大，散熱性能差。這種驅動的方式比較適合在偏遠山區或者是丘陵地方，可以滿足強大的裝載能力和公交車的經常啟動停車。如果是直接驅動的這種方式，大部分都會使用，轉子是電動機。因為在汽車起步的時候需要強大的扭矩支持。直接驅動好處是：因為沒有了減速機構，所以整個驅動裝置變得簡單、尺寸小，而且很緊湊，這個時候的響應速度和效率都會提高。他的缺點就是：需要大扭矩的時候必須有大電流支持，會對電池造成不可逆的損傷，他的峰值扭矩區域很窄。所以比較適合平原或者是載重小的需求。2.4.3輪轂電機在汽車上的應用這些年來，國外的輪轂電機基本上有在兩個地方：一、輪胎生產廠家和汽車零部件生產廠家共同研究生產的集成模塊電動系統，二、新能源車企和生產輪轂電機的廠家一起研發新的新能源電動車。在中國，絕大部分研究輪轂電機的都是大學，都是為了研發新能源汽車。到目前，有研發能力的新能源汽車廠商也推出了自己的輪轂電機產品，在我國，有的廠商可以生產出新能源汽車，但對于輪轂電機沒有相應的技術，特別是高轉速的輪轂電機，和同時期的外國產品差距很大，所以對我們國家的新能源車企來說，應該加大對這方面的投入，才能提高競爭，減少與發達國家的水平差距，從而使我國的輪轂電機達到世界先進水平。第三章驅動電機日常保養與案例分析3.1驅動電機的保養眾所周知，想要某種機械運轉的壽命延長，那么在日常使用中就要好好的愛護。在使用一段時間以后就要對其進行維護和保養，驅動電機也不例外。檢查驅動電機電刷、換向器的磨損程度。一般電刷磨損到距離引線4～5mm時應更換，換向器表面深度大于0.5mm時應更換。對于正常使用的電機，不管其磨損程度如何，均應定期更換電刷和換向器，一般來說在使用了兩年后應進行更換。無論是有刷驅動電機還是無刷驅動電機，其輸入電流過大都會影響使用性能。電機的電壓是通過控制器供給的。控制器內的電子組件老化會導致輸入電機的電流變大。因此必須對控制器進行檢查，必要時更換控制器。定期對電動車電機齒輪、軸承以及減速零件進行潤滑，若齒輪及軸承內外套磨損過大、防振片變形、彈簧性能下降或折斷均應更換控制器。注意經常給電動車蓄電池充電，使蓄電池保持足夠的電壓，防止因電壓不足引起電機發熱，加速電動車電機衰老。對于更加復雜的工況還要對電機控制器進行更進一步的仿真分析新能源電動汽車電機，電機怎么保養（如：額定、過載典型工況仿真、堵轉特殊工況仿真、周期性負載、非線性負載確定控制器最大的能力）以便使設計出的電機控制器滿足高精度要求。3.2典型故障案例分析2020年7月的一個下午，某修理廠來了一輛新能源汽車，該汽車的類型是北汽新能源EC5，該新能源汽車的故障現象是啟動后，車子無法行動。在排除電池虧電的原因及傳動系統的問題后，修理技師認為是驅動電機出現問題，查完資料，修理技師知道了北汽新能源汽車驅動電機用的是永磁同步電機，稍后他例舉出驅動電機可能出現的故障:①電機過載②電機冷卻液不循環③電機過壓、欠壓保護故障，為了防止電動機在過低電壓下起動和運行，以及電動機在運行中忽然斷電后又恢復供電時的自起動，一般均采用失壓和欠壓保護。交流接觸器的電磁機構，斷路器的失壓脫扣器、自耦減壓起動器的欠壓脫扣器及電壓繼電器等都可起失壓和欠壓保護作用④電機過流保護故障，通過電機的電流超過了設計時設置的最大電流被控制器切斷電流，從而保護電機⑤電機定子繞組故障(線間短路)，可能造成繞組燒毀、轉矩波動，可用定子電流負序分量法診斷。⑥定子鐵芯故障，表現為空載電流加大，振動和噪聲加大；定子鐵芯硅鋼片熔化，燒毀繞組絕緣，可用振動特征頻譜法診斷。⑦轉子本體故障，轉子偏心產生不平衡磁拉力，引起振動。嚴重時最終導致電機損壞，可用電流頻譜法診斷。⑧軸承故障，振動加劇，導致振動超標，用振動特征進行診斷。第四章總結與展望4.1全文總結本文從驅動電機這一角度來進行研