江 军

（湖北工业职业技术学院，湖北 十堰442000）

在新能源汽车中，一般情况下是电机取代发动机并在电机控制器的控制下，将电能转化为机械能来驱动汽车行驶。 其中，在纯电动汽车、太阳能电动汽车和燃料电池电动汽车中，电机作为纯驱动装置；在串联式混合动力汽车中，电机作为主要动力装置；在并联式混合动力汽车中，电机作为辅助动力装置。 新能源汽车与普通燃油汽车的最重要区别就在于电机驱动系统。

电动机按照用电性质分类，可分为直流电动机和交流电动机两大类。 交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。 虽然电动机种类繁多，但是所有电动机都是由电路和磁路两个基本部分组成。 他们的工作原理都是建立在电与磁的相互转化与相互作用的基础上，所依据的电磁定律都是由电磁力定律和电磁感应定律。

新能源汽车经常采用的驱动电机包括直流电动机、交流异步电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。 最早应用于电动汽车的是直流电动机，这种电动机的优点是控制性能好、成本低。 随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，交流异步电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，这些电机正在逐步取代直流电动机。目前日本在乘用车中采用的是PM（内置式）电机；而在美国，异步电动机是主流的电动机。

异步电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便、效率较高的优点，得到广泛应用。其主要缺点在于功率因数低，运行时必须从电网吸收无功电流来建立磁场，故其功率因数小于1.。 在新能源汽车的应用中，笼型异步电动机较为广泛。 其结构简单、造价低、结构坚固，而且维护起来也很容易。

下文简要介绍一下交流异步电动机的结构与工作原理：

1）交流异步电动机的结构

由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间有一定的气隙。 此外，还有端盖、轴承、接线盒、风扇等其它附件。 定子是用来产生旋转磁场的，在工作时是静止不动的。 三相异步电动机的定子一般由外壳、定子铁芯、定子绕组等部分组成。 转子是电动机的旋转部分，切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。 转子由转子铁芯和转子绕组组成。 转子绕组是自成闭路的短路线圈。 转子绕组不需外接电源供电，其电流是由电磁感应作用产生的。它有两种结构形式：笼型转子和绕线型转子。交流异步电动机可分为笼型异步电动机和绕线式异步电动机。笼型异步电动机由于构造简单、价格便宜、运行安全可靠、使用方便，因而成为使用最广泛的一种电动机。

2）交流异步电动机的工作原理

在三相异步电动机中， 定子三相对称绕组中通入三相对称电流，交流电流变化一个周期，合成磁场在空间也旋转了一周。 电流持续变化，磁场也不断地旋转，从而在电机中产生了旋转磁场。 旋转磁场在气隙中以同步转速n1旋转。 根据电磁感应定律，转子导体受到旋转磁场的磁力线切割，就会在导体中产生感应电动势。 在感应电动势的作用下，在导体中产生了感应电流。 根据电磁力定律，当在磁场中与磁力线垂直方向上存在载流导体时， 将受到电磁力的作用，电磁力将产生与旋转磁场方向相同的电磁转矩，转子在电磁转矩的作用下，以n 转速克服阻力转动起来，转动方向与旋转磁场的旋转方向相同。

3）交流异步电动机的特性

交流异步电动机成本低而且可靠性高，逆变器即便损坏而产生短路时也不会产生反电动势，所以不会出现急刹车的可能性。因此，广泛应用于大型高速的电动汽车中。三相笼型异步电动机的功率容量覆盖面很广，从零点几瓦到几千瓦。它可以采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高、对环境的适应性好，并且能够实现再生制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高、重量约要轻一半左右。 一般情况下，作为电动汽车专用的电机，由于安装条件是受限制的，而且要求小型轻量化，因而电机在10000r/min 以上的高速运转时，大多采用一级齿轮减速器实现减速。此外，由于振动等恶劣工作环境，低转速状态下需要高转矩， 并且要求在较宽的速度范围内具有恒输出功率特性，所以电动汽车用异步电动机与一般工业用的电动机不同，因此在设计上采用了各种新的方法。

出于对工作环境的考虑，电动机大多采用全封闭式结构，为了框架、托座等的轻量化，采用压铸铝的方式制造，也有采用将定子铁芯裸露在外表面的无框架的结构，由于为了实现小型轻量化，大多采用了水冷却定子框架的水冷式电机。高速运转时由于频率升高而引起了铁损的增大，因此希望减少电机的极数，一般采用2 极或4 极的情况较多，但是两极时，线圈端部的长度变长，所以采用4 极的场合较多些。此外，为了减少铁损，普遍采用了有良好磁性的电磁钢板。

新能源汽车减速或制动时，电机处在发电制动状态，给蓄电池充电，实现机械能转换为电能。在新能源汽车上，由功率半导体器件构成的PWM 功率逆变器把蓄电池电源提供的直流电变换为频率和幅值都可以调节的交流电。 三相异步电动机逆变器的控制方法主要有V/f恒定控制法、转差率控制法、矢量控制法和直接转矩控制法（DTC）。 其中，后两种控制方式目前处于主流的地位。

新能源汽车专用的电动机，通过从电池中获取有限的能量产生动作，所以要求其在各种环境下的效率都要很好。因而，在性能上要求比一般工业用的电动机更加严格。适合作为电动汽车专用的电机需要满足几个特性：由高速化而生的小型轻量化（坚固性）、高效性（一次充电后的续驶里程长）、低速大转矩情况下的大范围内的恒定输出特性、寿命长以及高可靠性、低噪声性和成本低廉。 但是现实中全部满足以上几个特性的电机还未被开发出来。目前更适于新能源汽车的电机是交流异步电机和PM 电动机。 在美国，异步电动机应用的较多，这也被人为是和路况有关。在美国，高速公路已经具有一定的规模，除了大城市外，汽车一般以一定的高速持续行驶，所以能够实现高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用。 在我国，随着高速公路规模的发展，交流异步电动机在新能源汽车上的应用也会越来越重要。

［1］胡骅,宋慧.电动汽车[M].北京:人民交通出版社,2012.

［2］张舟云,贡俊.新能源汽车电机技术与应用[M].上海科学技术出版社,2012.

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