◆文/廣東 郭棟 遼寧 李洪友

電動汽車電動機(jī)系統(tǒng)介紹與故障解析（下）

◆文/廣東 郭棟 遼寧 李洪友

郭棟

（本刊編委會委員、“新能源汽車”欄目主持專家）

深圳市派司德科技有限公司董事長；廣東省電動汽車標(biāo)準(zhǔn)委員會專家；博世汽車服務(wù)公司新能源汽車教學(xué)項(xiàng)目顧問；深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院客座教授。參與國內(nèi)幾款主要電動汽車控制策略的設(shè)計(jì)；參加了深圳電動汽車維修專項(xiàng)技能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)；參與了電動汽車修理廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、營運(yùn)電動汽車維修和保養(yǎng)技術(shù)規(guī)范、營運(yùn)電動汽車技術(shù)性能檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定。為電動汽車生產(chǎn)企業(yè)提供生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)咨詢，同時(shí)還主持了電動汽車車載診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

（接上期）

3.永磁同步電動機(jī)

事實(shí)上，永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與上面提到的直流永磁電動機(jī)相似，其具備無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、功率密度大、調(diào)速性能好等特點(diǎn)。與此同時(shí)，由于永磁同步電動機(jī)采用的驅(qū)動方式不同于直流永磁電動機(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。圖8所示為永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

永磁同步電動機(jī)的使用對于電動汽車的乘坐舒適性有所幫助。通常情況下，我們把乘員艙的靜音性作為衡量一款汽車舒適性的因素之一，這樣的衡量標(biāo)準(zhǔn)電動汽車同樣適用。目前的電動汽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(gè)部件間的匹配等因素影響，車輛行駛時(shí)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，我們并不能否認(rèn)整車隔音工程的作用，但僅評價(jià)對噪音源的控制，永磁同步電動機(jī)具有一定優(yōu)勢。另外，它的體積更小，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)。

那么，特斯拉為什么不用永磁同步電動機(jī)？從技術(shù)優(yōu)勢來看，永磁同步電動機(jī)應(yīng)該成為高端電動汽車必用的一個(gè)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交流異步電動機(jī)。盡管在重量和體積方面，交流異步電動機(jī)并不占優(yōu)勢，但其轉(zhuǎn)速范圍廣泛以及高達(dá)20 000r/min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，高能量密度的電池能夠“掩蓋”電動機(jī)重量的劣勢。此外，交流異步電動機(jī)優(yōu)秀的穩(wěn)定性也是特斯拉選用它的重要原因。

4.開關(guān)磁阻電動機(jī)

開關(guān)磁阻電動機(jī)是一種很具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱訖C(jī)，除具備結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)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)數(shù)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在這一點(diǎn)上優(yōu)于上述電動機(jī)。功率密度更高意味著此電動機(jī)重量更輕且功率大，當(dāng)電流達(dá)到額定電流的15%時(shí)即可實(shí)現(xiàn)100%的啟動轉(zhuǎn)矩。另外，更小的體積也使得電動汽車的整車設(shè)計(jì)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)的成本不高。圖9所示為開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

說了這么多優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電動機(jī)本身發(fā)出的噪音以及振動是電動汽車無法“容忍”的，尤其是負(fù)載運(yùn)行的工況下，這兩點(diǎn)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，從而廣泛應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，以幫助電動汽車提升續(xù)航里程。

四、電動機(jī)的常見故障

1.按危害程度劃分

驅(qū)動電動機(jī)故障按照故障危害的程度可分為致命、嚴(yán)重、一般、輕微四類，驅(qū)動電動機(jī)系統(tǒng)故障模式包括但不局限于表3中的內(nèi)容。

（1）致命故障

電動機(jī)的常見致命故障列于表3。

表3　電動機(jī)的常見致命故障

（2）嚴(yán)重故障

電動機(jī)的常見嚴(yán)重故障列于表4。

表4　電動機(jī)的常見嚴(yán)重故障

（3）一般故障

電動機(jī)的常見一般故障列于表5。

表5　電動機(jī)的常見一般故障

（4）輕微故障

電動機(jī)的常見輕微故障列于表6。

表6　電動機(jī)的常見輕微故障

2.按構(gòu)成系統(tǒng)的功能劃分

驅(qū)動電動機(jī)按照構(gòu)成系統(tǒng)的功能，其故障可分為五類（圖10）。分別是電機(jī)控制器故障（A）、電機(jī)控制器至電機(jī)線路故障（B）、電機(jī)本體故障（C）、電機(jī)系統(tǒng)供電電源故障（D）、電機(jī)系統(tǒng)CAN通訊故障（E）。每一類故障具體情況的解析如圖11～圖15所示。

3.按破壞的原因劃分

如表7所示，按照破壞的原因，電動機(jī)故障可分為損壞型故障、退化型故障、松脫型故障、失調(diào)型故障、堵塞與滲漏型故障、性能衰退或功能失效型故障。

（全文完）