戴興武

摘要：科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)開(kāi)展了新能源汽車(chē)的研發(fā)與推廣，現(xiàn)如今，人們意識(shí)到新能源汽車(chē)對(duì)環(huán)保工作的助力，對(duì)其認(rèn)可程度也越來(lái)越高。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車(chē)制造中必不可少的部件，但由于部件制作商家技術(shù)水平及發(fā)展側(cè)重不同，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用效果也存在較大差異。考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)新能源汽車(chē)的應(yīng)用與發(fā)展有直接影響，各企業(yè)還需加強(qiáng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展情況的分析力度，促進(jìn)新能源汽車(chē)的發(fā)展?；诖?，本文對(duì)新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行分析，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē);驅(qū)動(dòng)電機(jī);發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

引言：

受環(huán)保理念的影響，我國(guó)加大了對(duì)新能源汽車(chē)相關(guān)企業(yè)的扶持力度，也正因如此，新能源汽車(chē)在我國(guó)獲得了良好的發(fā)展前景。相較于傳統(tǒng)汽車(chē)，新能源汽車(chē)動(dòng)力原料更為環(huán)保，污染排放量也有了明顯降低，不僅能減少對(duì)我國(guó)不可再生能源的消耗，也有利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。作為新能源汽車(chē)的主要部件之一，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展與新能源汽車(chē)的推廣應(yīng)用效果有著緊密聯(lián)系，新能源汽車(chē)制造業(yè)應(yīng)提高對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)的監(jiān)測(cè)力度，以便推測(cè)其發(fā)展方向，促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

一、新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)新能源汽車(chē)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要分為五種形式，分別是直流電機(jī)、交流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、輪轂電機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，但多數(shù)情況下，只根據(jù)電流劃分為直流與交流兩個(gè)種類(lèi)。結(jié)合現(xiàn)階段新能源汽車(chē)發(fā)展情況來(lái)看，交流電異步、永磁同步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用頻率較高，而純電動(dòng)汽車(chē)制造普遍會(huì)選用永磁同步電機(jī)，這類(lèi)電機(jī)體積小、重量輕，還具有高效率的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能有效提高純電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用效率。我國(guó)市場(chǎng)中，交流感應(yīng)機(jī)與永磁同步電機(jī)流通較為普遍，但結(jié)合使用情況來(lái)看，永磁同步電機(jī)更受新能源汽車(chē)制造商家的歡迎。這兩種電機(jī)都使用了系統(tǒng)永磁材料，在提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率的同時(shí)，也增加了制造成本。驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率主要由其工作中的峰值轉(zhuǎn)速來(lái)決定，國(guó)內(nèi)外評(píng)判驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用效果都需以這一點(diǎn)為依據(jù)，另一方面則是電機(jī)運(yùn)行中的功率密度。我國(guó)新能源汽車(chē)制造中所用到電機(jī)雖然略高于國(guó)際平均水平，但就同功率電機(jī)對(duì)比而言，我國(guó)所應(yīng)用的電機(jī)重量要高于發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)使用的電機(jī)效率最高能達(dá)到96%，在國(guó)際上也處于優(yōu)秀水平，但我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在高效區(qū)的占比，與國(guó)外還存在較大差異[1]。

二、新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析

（一）直流電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析

直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)是我國(guó)以往新能源汽車(chē)研發(fā)中的常用電機(jī)類(lèi)型，這類(lèi)電機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能有效降低電磁轉(zhuǎn)矩控制難度，是新能源汽車(chē)研究開(kāi)展以來(lái)國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研發(fā)的項(xiàng)目。就我國(guó)現(xiàn)階段新能源應(yīng)用情況來(lái)看，電動(dòng)車(chē)與新能源汽車(chē)多使用直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力。但就應(yīng)用現(xiàn)狀分析，直流電機(jī)應(yīng)用過(guò)程存在安全隱患，這是由于直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向結(jié)構(gòu)應(yīng)用過(guò)程中容易出現(xiàn)電火花，常態(tài)下風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率較低，一旦將其置于揚(yáng)塵區(qū)域或加油站等易燃易爆區(qū)域中使用，就容易引發(fā)爆炸，不僅造成環(huán)境破壞與經(jīng)濟(jì)損失，甚至還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的人員傷亡。另一方面，電火花產(chǎn)生往往伴隨著電磁干擾，考慮到新能源汽車(chē)的電子化程度較高，受電磁干擾的影響較大，會(huì)對(duì)其發(fā)展與應(yīng)用造成嚴(yán)重的負(fù)面影響?；陔妱?dòng)機(jī)自身考慮，直流電動(dòng)機(jī)體積、重量都比較大，不僅不利于提高新能源汽車(chē)的空間利用率，還會(huì)為其行駛帶來(lái)額外的重力負(fù)擔(dān)，除此之外，直流電動(dòng)機(jī)的成本造價(jià)也處于較高范圍，大量生產(chǎn)直流驅(qū)動(dòng)型新能源汽車(chē)會(huì)給相關(guān)制造企業(yè)帶來(lái)較大的資金壓力，部分中小型企業(yè)無(wú)法承受這一壓力，甚至?xí)霈F(xiàn)生產(chǎn)停滯現(xiàn)象。也正因如此，國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使其逐漸替代直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在新能源汽車(chē)中的驅(qū)動(dòng)作用，為新能源汽車(chē)的發(fā)展注入新的活力。

（二）交流異步電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析

感應(yīng)電機(jī)又被稱(chēng)為三相交流異步電機(jī)，是現(xiàn)階段新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用范圍較為廣泛的一種驅(qū)動(dòng)電機(jī)。對(duì)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出的新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)類(lèi)型調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，外國(guó)品牌特斯拉Model S與國(guó)內(nèi)品牌蔚來(lái)ES8都應(yīng)用了這類(lèi)電機(jī)。交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成類(lèi)似于永磁同步電機(jī)，主要由端蓋、殼體、定子、轉(zhuǎn)子幾部分組成，但與永磁同步電機(jī)不同的是，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)用了鼠籠式轉(zhuǎn)子與繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用提供便利。受到三相定子繞組的作用，交流電在通入異步電機(jī)后會(huì)生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中被切割，促使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在閉合通路的影響下，電機(jī)轉(zhuǎn)子部分會(huì)形成電流，其電流的方向主要取決于電動(dòng)勢(shì)。在交流異步電機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受定子磁場(chǎng)影響會(huì)產(chǎn)生電磁力，電磁轉(zhuǎn)矩受該力作用，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，從而新能源汽車(chē)能夠正常行駛。由此可見(jiàn)，相關(guān)企業(yè)對(duì)異步電機(jī)技術(shù)的掌握程度較高，能有效控制其為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供正面助力，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)難度小，成本消耗低的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際應(yīng)用中，交流異步電機(jī)也面臨著勵(lì)磁損失大的問(wèn)題，受此影響，異步電機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的能源消耗，卻無(wú)法將能源充分運(yùn)用到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行中，尤其是在新能源汽車(chē)低速行駛或載重較輕的情況下，這一缺陷更加明顯?，F(xiàn)今社會(huì)，人們對(duì)能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)的重視程度越來(lái)越高，國(guó)家也對(duì)發(fā)出了節(jié)能環(huán)保的倡議，新能源制造企業(yè)還應(yīng)立足于此，探索新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)，提高新能源汽車(chē)的環(huán)保性能。

（三）永磁同步電機(jī)趨勢(shì)分析

以往新能源汽車(chē)制造過(guò)程中，永磁同步電機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用，但隨著時(shí)代的發(fā)展，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用效果與生產(chǎn)要求出現(xiàn)的匹配性不足的問(wèn)題。首先體現(xiàn)在功率密度方面。受到轉(zhuǎn)速與扭矩的影響，永磁同步電機(jī)的功率無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)階段新能源汽車(chē)的制造要求。新時(shí)代背景下，越來(lái)越多新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)被引進(jìn)新能源汽車(chē)制造業(yè)，它們的電機(jī)功率遠(yuǎn)高于永磁同步電機(jī)[2]。要想進(jìn)一步提高永磁同步電機(jī)的應(yīng)用效果，企業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)人員還需從轉(zhuǎn)速與扭矩角度出發(fā)，適當(dāng)做出調(diào)整與改進(jìn)，降低永磁同步電機(jī)的過(guò)載電流、提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用效果，徹底解決電機(jī)散熱難題。需明確的一點(diǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速提升會(huì)加大鐵磁磨損程度，相關(guān)企業(yè)可采用高性能硅鋼片代替原有鐵磁元件，但硅鋼片的成本造價(jià)要遠(yuǎn)超于鐵磁，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)功率密度又有所欠缺，這些缺陷使永磁同步電機(jī)的應(yīng)用受到阻礙。其次是材料方面，傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)所使用的的永磁材料容易受到溫度的影響，如遇高溫情況，材料對(duì)磁性的損耗會(huì)迅速增加，以至于電機(jī)整體性能明顯降低，是影響永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)用與發(fā)展的又一重要因素。最后是生產(chǎn)工藝方面，相較于交流異步電機(jī)，永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，但就我國(guó)現(xiàn)階段技術(shù)水平分析，尚無(wú)法支持永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大規(guī)模配套生產(chǎn)，而批量生產(chǎn)也難以避免質(zhì)量參差不齊的情況，隨著人們對(duì)新能源汽車(chē)需求量的增加，永磁同步電機(jī)的年產(chǎn)量已不能支撐新能源汽車(chē)制造應(yīng)用。

（四）輪轂電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析

輪轂電機(jī)是一種較為特殊的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它將傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，去除了大部分機(jī)械傳動(dòng)裝置，降低了驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的能量流失，有效提高電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，實(shí)現(xiàn)低損高效的目標(biāo)。另一方面，輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化也縮小了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體面積，為新能源汽車(chē)內(nèi)部留出更多的設(shè)計(jì)空間，增加了空間利用的效率。早在二十世紀(jì)九十年代，保時(shí)捷汽車(chē)就在自身企業(yè)制造的純電動(dòng)汽車(chē)中應(yīng)用了輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并獲得了良好反響。受此啟發(fā)，美國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也先后開(kāi)展了輪轂電機(jī)產(chǎn)品的研究。以英國(guó)Protean公司為例，其研究出的PD18輪轂電機(jī)在英國(guó)社會(huì)乃至世界都取得了廣泛應(yīng)用，PD18電機(jī)的額定扭矩高達(dá)650N?m，額定功率約為54kW，是現(xiàn)存輪轂電機(jī)中應(yīng)用效果較為優(yōu)良的款式。隨著新時(shí)代的到來(lái)，新能源汽車(chē)的研發(fā)越來(lái)越受到國(guó)家與人民的重視，相關(guān)企業(yè)也開(kāi)始重新開(kāi)展輪轂電機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，但考慮到直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪在運(yùn)行時(shí)會(huì)生成大量熱量，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻系統(tǒng)無(wú)法將其迅速疏散，以至于出現(xiàn)電機(jī)故障問(wèn)題。還有的企業(yè)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造現(xiàn)場(chǎng)的管控力度不足，以至于加工過(guò)程出現(xiàn)失誤，最終導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)防水性不達(dá)標(biāo)，或防塵。防震能力差的問(wèn)題，嚴(yán)重制約其在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用。除此之外，制造成本過(guò)高也是輪轂電機(jī)面臨的發(fā)展困境之一，多方因素影響下，輪轂電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用范圍還較為狹窄?？紤]到輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)在新能源汽車(chē)制造中的明顯優(yōu)勢(shì)，我國(guó)對(duì)輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)展開(kāi)了深入研究，以求解決其發(fā)展中的問(wèn)題，充分發(fā)揮輪轂電機(jī)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)中的正面效果。

（五）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)分析

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是新時(shí)期背景下提出的一種新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)形式，考慮到新能源汽車(chē)行駛收到電池蓄電量的限制，設(shè)計(jì)人員需要在不損害電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作效率的前提下，縮小化電機(jī)體積，減輕電機(jī)重量，從而協(xié)調(diào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的高效性與節(jié)能性。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)通過(guò)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑、鐵心疊長(zhǎng)與磁負(fù)荷等數(shù)值，并按照Dr2Lstk的方程帶入求解，其中，Dr是指開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子外徑，Lstk指鐵心疊長(zhǎng);在該驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，B所代表的磁負(fù)荷一般處于0.36～0.62T之間;A所代表的電負(fù)荷則處于15000～30000A/m之間k則是指開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流系數(shù)[3]。盡管開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在性能方面擁有良好的應(yīng)用效果，但其運(yùn)行過(guò)程中制造的噪聲問(wèn)題一直難以解決，近年來(lái)，設(shè)計(jì)人員不斷對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)及制作工藝進(jìn)行改進(jìn)，使該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行噪音問(wèn)題得到了改善，但其控制力度依舊無(wú)法達(dá)到相關(guān)規(guī)定的要求。結(jié)合這一點(diǎn)，各新能源汽車(chē)制造行業(yè)在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中加入了EMI濾波器，有效減小了該電機(jī)運(yùn)行的噪音。在濾波器作用下，電機(jī)將對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾噪聲等效為噪聲阻抗串聯(lián)與噪聲源，并借助LISN形式的幫助，將其傳輸?shù)綔y(cè)試電阻中，從而達(dá)到降低噪聲的目的。考慮到濾波器在這樣過(guò)程中的重要性，工作人員還需對(duì)其應(yīng)用方式及效果進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保其性能得以充分發(fā)揮。

下表1是不同電機(jī)應(yīng)用實(shí)例分析表，可作為新能汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展分析參考：

結(jié)束語(yǔ)：

結(jié)合全文可知，直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)已逐漸被時(shí)代所淘汰，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)交流電機(jī)扔將是新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的首選，但隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，永磁同步電機(jī)與輪轂電機(jī)的應(yīng)用缺陷也能得到改善與消除，這將為我國(guó)新能源汽車(chē)制造業(yè)提供更多的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選項(xiàng)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際制造需求進(jìn)行考慮，選取與新能源汽車(chē)功能效果最為匹配的驅(qū)動(dòng)電機(jī)加以應(yīng)用，為我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)提供助力，也在一定程度上減小環(huán)境保護(hù)工作的壓力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王旭.新能源電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2021，46（07）：13-15.

[2]徐青，張坤，張立萍.新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展概況及趨勢(shì)分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2020，10（09）：9-10.

[3]莊勛.新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究[J].時(shí)代汽車(chē)，2020（01）：47-48.