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汽车用驱动电机的特点和选型方法
作者：贺希昌
来源：《科学与财富》2017年第24期
摘 要：本文简单介绍了各类驱动电机的特点，以及电机基速、额定扭矩、峰值功率等参数如何选定，以及个人的一些见解。 关键词：驱动电机；特点；选型 1 引言
近年来电动汽车受到越来越多的关注，各个汽车厂相继推出新能源汽车，相应的电机越来越多的作为汽车的动力源，笔者作为一位汽车行业从业人员，有幸参与车用电机和减速机的项目，本文是笔者对这段时间学习的总结和个人的一些见解。 2各类车用驱动电机的特点
从汽车应用角度来说主要关注电机的效率、调速范围、功率密度和控制性能等特征。约束驱动电机的主要指标是汽车的加速能力、最高时速、最大行驶里程。 a、驱动汽车的电机特性
（1）驱动电机转矩控制的动态性能要求较高；
（2）要求保持较高的运行效率，同时要求调速范围尽量大； （3）驱动性能好，还要兼顾发电机的功能，且要求发电效率高； （4）要求驱动电机重量轻、体积小。 b、目前电动汽车常用驱动电机比较
注：表中性能从高到底的符号依次为：◎、○、□
从高效率区来讲，表现出来的结果是永磁同步电机高效率区更宽，这也和电机的本身原理是有关系。像交流异步电机转子一定要励磁，就会损失一部分的能量，永磁电机因为转子永磁体本身可以产生磁场，使得效率占优。对于开关磁阻电机来说，转子上没有永磁体，也不需要感应，完全靠磁阻的变化，所以效率比永磁电机来说更低一些。作为电动汽车驱动电机使用，直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差，很容易发生机械和退磁的故障。开关磁阻电机应用到电动汽车是必然的趋势。
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3.电机参数的选择
驱动电机选型主要参考的参数为：最大转矩，峰值功率，额定功率，最高转速，基速。在驱动电机选型时，确定峰值功率的决定性因素是百公里加速时间，确定最大转矩的决定性因素是最大爬坡度。
3.1 驱动电机的额定功率选择 汽车行驶的方程式为[9]： （1）
其中， Ttq/ Nm为电机转矩，nt为传动系统效率，i为当前挡位的总传动比，ua/（km/h）为车速，g为重力加速度，α/°为爬坡角度，最大质量m/kg、迎风面积 A/m2、空气阻力系数CD、车轮滚动半径r/m。
电动汽车需要满足上述力的相互平衡，同时满足功率的平衡。驱动电机的额定功率应当满足纯电动汽车对最高速度的要求。考虑到驱动电机有一定过载能力，可以代入90%最高速度计算额定功率[8]。即额定功率须满足： （2）
其中umax/（km/h）为持续最高车速。根据式（1）可计算得出额定功率P。 3.2 驱动电机的峰值功率选择
驱动电机的峰值功率应同时满足电动汽车瞬时最高车速，最大爬坡度和加速性能的要求。 a.纯电动汽车以某一速度完成最大爬坡时的功率需求为： （3）
其中，Pmax-i/kW为满足最大爬坡度要求的峰值功率，αmax/°为最大爬坡角度， ui/（km/h）为爬坡车速。代入数据得到Pmax_i。 b.纯电动汽车加速时的功率需求为： （4）
其中，Pmax_a/kW为满足最短加速时间要求的峰值功率。 对等式两边进行处理并对时间积分，得到：
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（5）
其中，Ft/N为驱动力，ut/（km/h）为加速过程的终速，根据动力性能要求应取值100 km/h，t/s为百公里加速时间。要特别注意的是，驱动电机基速前恒转矩，基速后恒功率的特性决定了驱动力Ft为一分段函数，即： （u≤ui） （6） （u>ui） （6）
其中ue/（km/h）为驱动电机基速时对应的车速。在驱动电机特性和一挡传动比均未知的情况下，ue也是未知的。驱动电机在基速附近工作时效率最高，据此大致拟定ue的范围。由式（5）和（6）可得要求百公里加速世界小于t时，峰值功率的最小值Pmax_a。
综合比较驱动电机的峰值功率Pmax_a和Pmax-i，取较大者作为驱动电机的峰值功率。 3.3 减速机传动比的选择
对于二挡减速机来说，一档的传动比应保证车辆要求的最大爬坡度，二挡的传动比应保证车辆能达到所要求的最高车速，另外还应综合考虑减速机的载荷、润滑、离地间隙、主减中心距等，挡间比不宜过小 以便能有效的调节电机转速。减速机换挡规律会影响车辆动力性和经济性能。对于小型乘用车，以加速踏板开度和车速为参数的换挡规律最为常用，根据优化目标不同又可分为动力性换挡规律和经济性换挡规律。动力性换挡规律需要找到一个车速点，在相同油门开度下，此点处的一档驱动转矩与二挡相同。该点就是此油门开度下的换挡点，通过标定不同的油门开度即可得到换挡曲线。经济性换挡规律要让电机尽可能的工作在效率高的区域，同样是求的一点，在相同油门开度的情况下此点一二挡的效率相同，通过标定可得出经济性的换挡曲线。通过以上得出的传动比可通过模拟NEDC循环工况以求的经济性最优的传动比组合。 4.结语
现在国内汽车驱动电机行业，永磁电机的使用是普遍趋势，磁阻式电机是今后发展的方向，但大规模应用仍需时间，至于轮毂电机需要更加长的路要走，驱动电机的基速、最大转矩、峰值功率以及减速机的传动比等重要参数，其匹配对电动汽车的动力性能和能量消耗有显著影响，传动比的匹配不仅要考虑在理论上满足整车的动力性和经济性要求，也要考虑实际工程的约束条件，如离合器最大传递转矩、变速器尺寸及主减速器离地间隙、齿数配比等等。 参考文献：
[1] 陈新亚. 电动汽车为什么会跑. 机械工业出版社 .2016.5.2
汽车用驱动电机的特点和选型方法
