黃亦文

（玉林市機電工程學(xué)校 537000）

0 引言

驅(qū)動電機是新能源汽車動力系統(tǒng)中的重要組成部分，側(cè)重于將電能轉(zhuǎn)化為動能，以滿足新能源汽車運行需求。隨著新能源汽車需求量與使用量的不斷增多，驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)要求日漸提升。在保證電機可靠性、安全性的同時，提高驅(qū)動電機控制質(zhì)量，增強新能源汽車節(jié)能減排、減耗增效作用，成為驅(qū)動電機發(fā)展的核心目標。以下是筆者對新能源汽車驅(qū)動電機的幾點認識，意在拋磚引玉。

1 新能源汽車及其驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)的意義

新能源汽車研發(fā)的核心在于動力系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，驅(qū)動電機作為動力系統(tǒng)中的重要組成部分，其驅(qū)動性能對新能源汽車核心性能指標存在直接影響。因此，加強驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)研究力度，優(yōu)化驅(qū)動電機性能成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀需求與必然趨勢。目前，新能源汽車較為常用的驅(qū)動電機主要有以下幾種類型。

（1）永磁同步式驅(qū)動電機，具備體積小、功率密度高、響應(yīng)速度快以及運行安全可靠等優(yōu)勢。

（2）交流異步式驅(qū)動電機，具備低成本、高可靠性優(yōu)勢，但相對永磁同步式驅(qū)動電機而言，功率密度相對較低，可控性不高。

（3）開關(guān)磁阻式驅(qū)動電機，具備成本低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，但在運行過程中驅(qū)動電機控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，運行噪聲相對較大。

要想促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展，落實《中國制造2025》、《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》相關(guān)要求，相關(guān)企業(yè)有必要加強驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)，進行驅(qū)動電機性能的優(yōu)化，提升驅(qū)動電機產(chǎn)業(yè)化水平，助力驅(qū)動電機向高可靠性、高效率、低成本、輕質(zhì)量、控制集約化以及控制智能化等方向發(fā)展[1]。

此外，我國雖然制定了相關(guān)標準，如QC/T 1068-2017《電動汽車用異步驅(qū)動電機系統(tǒng)》、QC/T 1069-2017《電動汽車用永磁同步驅(qū)動電機系統(tǒng)》，在一定程度上明確了驅(qū)動電機的設(shè)計開發(fā)要求，提出新能源汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用要點[2]。但從整體層面來看，由于我國關(guān)于新能源汽車驅(qū)動電機的研究起步較晚，設(shè)計開發(fā)能力仍存在諸多不足，與發(fā)達國家存在一定差距。對此，有必要加強新能源汽車驅(qū)動電機研究力度，提升驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)自主能力，助力我國電機行業(yè)、新能源汽車行業(yè)優(yōu)化發(fā)展。

2 新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)的工作要點

基于我國的設(shè)計開發(fā)現(xiàn)狀以及新能源汽車需求，可知新時期我國新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)工作要點如下。

2.1 驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)之功能完善

驅(qū)動電機與新能源汽車運行性能指標之間存在的關(guān)聯(lián)性，決定著驅(qū)動電機功能完善與優(yōu)化的重要性。加之，隨著國際電機設(shè)計標準的深化改革，市場對電機功率密度、效率、過載能力、可靠性、調(diào)速范圍、起動性能、開發(fā)應(yīng)用成本以及轉(zhuǎn)矩密度等都有了更高要求。傳統(tǒng)驅(qū)動電機已經(jīng)無法滿足實際要求，達到國際電機設(shè)計標準。對此，在新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)過程中，需注重功能的創(chuàng)新與完善，提升電機綜合能力，增強電機推廣應(yīng)用價值。

例如，綜合分析各類型電機存在的優(yōu)勢，基于新材料、新技術(shù)運用，實現(xiàn)優(yōu)勢整合，設(shè)計出整體效益較強的驅(qū)動電機系統(tǒng)；根據(jù)驅(qū)動電機存在的問題，引入新結(jié)構(gòu)、新材料進行問題改善。如永磁磁阻電機雖然具備功率密度高、可靠性高等優(yōu)勢，但轉(zhuǎn)子磁障結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并一定程度上繼承了同步磁阻電機轉(zhuǎn)矩脈動上的缺陷。對此，根據(jù)永磁磁阻電機存在的問題，可進行電機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)問題的有效處理，以改善永磁磁阻電機性能。

2.2 驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)之標準規(guī)范

在新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)過程中，要想提升驅(qū)動電機設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)我國電機設(shè)計標準與國際標準的有效連接，需注重新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計標準體系的構(gòu)建，從而為相關(guān)部門、相關(guān)企業(yè)和相關(guān)工作人員實踐操作，提供規(guī)范、系統(tǒng)、完整和全面的指導(dǎo)。同時要保證驅(qū)動電機由設(shè)計到制造再到應(yīng)用過程中，產(chǎn)生的技術(shù)問題、生產(chǎn)問題、檢驗問題和管理維修問題能夠得到有效處理。

在此過程中，相關(guān)部門應(yīng)全面了解傳統(tǒng)電機設(shè)計標準，掌握我國電機設(shè)計標準與國際電機設(shè)計標準存在的差距。與此同時，結(jié)合我國國情及制造發(fā)展要求，編制通用標準、基礎(chǔ)標準和特殊標準，包括驅(qū)動電機系統(tǒng)接口標準、新能源汽車驅(qū)動電機安全性標準、驅(qū)動電機可靠性標準以及驅(qū)動電機電磁兼容性標準等。

2.3 驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)之體系構(gòu)建

在新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)過程中，設(shè)計開發(fā)體系的科學(xué)構(gòu)建是保證設(shè)計開發(fā)理念、方法等有效落實的前提與基礎(chǔ)。因此，相關(guān)部門與企業(yè)在設(shè)計開發(fā)驅(qū)動電機過程中，需注重設(shè)計開發(fā)體系的有效構(gòu)建，特別是評價體系的構(gòu)建。能夠根據(jù)驅(qū)動電機設(shè)計標準、設(shè)計要求和開發(fā)條件等，完善評價指標，指導(dǎo)相關(guān)工作人員利用評價方法與檢驗檢測技術(shù)，對所設(shè)計開發(fā)的驅(qū)動電機進行性能評估與調(diào)控，包括驅(qū)動電機系統(tǒng)運行可靠性、安全性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精度、電機轉(zhuǎn)矩密度、功率密度、能源節(jié)約情況及環(huán)境影響度等。

2.4 驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)之匹配設(shè)計

新能源汽車驅(qū)動電機的設(shè)計開發(fā)，也需要注重驅(qū)動電機使用的合理性、科學(xué)性和可操作性。這就需要相關(guān)企業(yè)保證所設(shè)計的驅(qū)動電機能夠與新能源汽車其他系統(tǒng)相匹配，避免系統(tǒng)與系統(tǒng)、設(shè)備與設(shè)備之間存在矛盾，影響驅(qū)動電機應(yīng)用效果。

在此過程中，相關(guān)工作人員首先應(yīng)根據(jù)新能源汽車設(shè)計要求，進行電機參數(shù)配置，并根據(jù)電機參數(shù)進行電機選型。其次，以節(jié)能環(huán)保、降耗減排設(shè)計理念為指導(dǎo)，保證所設(shè)計開發(fā)的電機適用于其他系統(tǒng)工作需求，如冷卻系等。此外，保證驅(qū)動電機系統(tǒng)與整車控制系統(tǒng)相匹配，提升驅(qū)動電機管控集成性、智能性，讓驅(qū)動電機控制更具靈活性、可操作性，提高系統(tǒng)運行安全水平，降低新能源汽車事故發(fā)生率。

3 新能源汽車驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)的具體案例

就新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展情況來看，永磁同步式電機應(yīng)用比重達到了83%以上，成為驅(qū)動電機市場發(fā)展的主流工藝。對此，本文以永磁同步式電機為例，以提高驅(qū)動電機性能為目的，提出一種適用性強、應(yīng)用價值高，推廣前景廣闊的永磁輔助式同步磁阻電機設(shè)計思路。

在永磁輔助式同步磁阻電機設(shè)計開發(fā)過程中，首先采用對比分析法對新能源汽車動力系統(tǒng)特性進行研究并明確設(shè)計需求，了解驅(qū)動電機各項參數(shù)指標與新能源汽車性能之間存在的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，新能源汽車在起動過程中，對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩具有較高要求，需要驅(qū)動電機具備較寬的調(diào)速范圍，并且在頻繁工作區(qū)具備較高的工作效率，能夠承受高溫、頻發(fā)振動等帶來的影響。因此，驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速、峰值功率以及轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩、峰值轉(zhuǎn)矩等）等是驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)所需關(guān)注的重要參數(shù)[3]。

其次，分析影響新能源汽車驅(qū)動電機特征的因素，包括驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)影響、驅(qū)動電機材料影響以及驅(qū)動電機參數(shù)間的影響等。并在此技術(shù)上，根據(jù)設(shè)計要求，進行電機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，電機材料的科學(xué)選用，電機參數(shù)的科學(xué)配置。在永磁輔助式同步磁阻電機設(shè)計中，采用稀土永磁材料為驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)主要材料，改善傳統(tǒng)材料應(yīng)用上存在的不足。設(shè)計中以降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和驅(qū)動電機弱磁效應(yīng)為目的，確定電機結(jié)構(gòu)為雙層磁障結(jié)構(gòu)，利用模型仿真法，分析磁障位置、寬度、形狀及氣隙長度等對電機性能的影響，從而確定最優(yōu)磁障位置、寬度、形狀和氣隙長度等。

此外，對所設(shè)計的驅(qū)動電機性能進行測試，根據(jù)測試結(jié)果進行電機設(shè)計調(diào)整。另外，結(jié)合工作經(jīng)驗，明確永磁輔助式同步磁阻電機驅(qū)動控制器性能，并在此基礎(chǔ)上，利用先進科學(xué)技術(shù)，構(gòu)建驅(qū)動電機控制系統(tǒng)，以保證驅(qū)動電機控制器應(yīng)用的準確與科學(xué)性，進一步優(yōu)化驅(qū)動電機應(yīng)用科學(xué)水平。

4 結(jié)束語

新能源汽車驅(qū)動電機性能的優(yōu)劣直接決定新能源汽車品質(zhì)，影響車輛運行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。對此，在明確認知新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展和需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)以科技創(chuàng)新為指導(dǎo)，進行驅(qū)動電機設(shè)計開發(fā)，規(guī)范設(shè)計標準、豐富設(shè)計內(nèi)涵、提升設(shè)計與應(yīng)用質(zhì)量，助力新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)競爭發(fā)展。