了解电动汽车电机的原理、分类和应用

电动汽车电机根据其使用环境和频率有不同的形式。不同类型的电机有不同的特点。永磁DC电机广泛应用于电动汽车。所谓永磁电机，是指电机线圈由永磁体励磁，而不是由线圈励磁。这样既节省了励磁线圈工作时消耗的电能，又提高了电机的机电转换效率，对于使用有限车载能量的电动车来说，可以降低运行电流，延长行驶里程。

电动车电机根据电机通电形式可分为有刷电机和无刷电机。根据电机总成的机械结构，一般分为“有齿”(电机高速旋转，需要齿轮减速)和“无齿”(电机扭矩输出不经过任何减速)。电机是一种旋转电机，它将电能转化为机械能。它主要包括产生磁场的电磁铁绕组或分布式定子绕组和旋转电枢或转子。

组成结构

1.永磁DC电机：

它由定子极、转子、电刷和外壳组成。

定子磁极采用永磁体(永磁钢)，由铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料制成。按其结构可分为圆筒型和瓦型。

转子一般由硅钢片层压而成。漆包线缠绕在转子铁芯的两个槽之间(三个槽中有三个绕组)，每个接头焊接在换向器的金属片上。

电刷是连接电源和转子绕组的导电元件，兼具导电和耐磨性能。永磁电机的电刷采用单金属片或金属石墨刷和电化学石墨刷。

2.无刷DC电机：

它由永磁转子、多极绕组定子和位置传感器组成。无刷DC电机的特点是无刷，利用半导体开关器件(如霍尔元件)实现电子换向，即电子开关器件取代传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低的优点。

根据转子位置的变化，位置传感器按照一定的顺序对定子绕组的电流进行换向(即检测转子磁极相对于定子绕组的位置，在确定的位置产生位置传感信号，经信号转换电路处理后控制电源开关电路，按照一定的逻辑关系切换绕组电流)

3.高速永磁无刷电机；

它由定子铁芯、磁钢转子、太阳轮、减速离合器和轮毂外壳组成。

霍尔传感器可以安装在电机盖上以测量速度。

位置传感器有三种类型：磁传感器、光电传感器和电磁传感器。

带磁位置传感器的无刷DC电机，其磁传感器件(如霍尔元件、磁二极管、磁二极管、磁电阻或专用集成电路等。)安装在定子组件上，用于检测永磁体和转子旋转时产生的磁场变化。霍尔元件广泛应用于电动汽车。

带光电位置传感器的无刷DC电机在定子组件的某一位置装有光电传感器，转子装有遮光板。光源是发光二极管或小灯泡。当转子转动时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元件会间歇地产生一定频率的脉冲信号。

带电磁位置传感器的无刷DC电机配有电磁传感器组件(如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等)。)安装在定子组件上。当永磁转子位置发生变化时，电磁效应会使电磁传感器产生高频调制信号(其幅度随转子位置而变化)。

定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

设备分类

电动汽车的驱动电机不同于传统的工业电机。电动汽车的驱动电机通常需要频繁的启动/停止、加速/减速、低速或爬坡时的高扭矩、高速时的低扭矩和大的速度范围。当我

无刷电机根据电机是否有位置传感器可分为带位置传感器的无刷电机和不带位置传感器的无刷电机。对于无传感器无刷电机，必须先踩踏车辆。电机有一定转速后，控制器可以识别无刷电机的相位，然后控制器可以给电机供电。由于无传感器无刷电机不能零速启动，所以很少用于2000年以后生产的电动车。带位置传感器的无刷电机广泛应用于电动汽车行业。旋转180，线圈不动，霍尔元件感应S极磁场。此时，P1和R2关闭，P2和R1打开。可以看出，电流I’通过R1、线圈和P2从电池阳极流向电池阴极。通电线圈中A点电流的I’方向是指向连接器的方向(矢量方向与I’矢量方向相反)，磁钢受到线圈的反作用力，也产生逆时针旋转力矩。电动车用无刷电机磁钢数量较多，一般有三组线圈，每组线圈都有相应的霍尔元件(三相线圈有三个霍尔元件)，使电机转动更平稳，效率更高。磁钢旋转时，霍尔元件感应磁场方向的变化并给出相应的控制信号，无刷控制器根据该信号控制上三个功率管和下三个功率管的通断。

有刷电机、无刷电机的比较

有刷电机和无刷电机通电原理的区别在于，有刷电机由碳刷和换向器机械换向，无刷电机由基于霍尔元件感应信号的控制器电子换向。无刷电机和无刷电机的通电原理不同，内部结构也不同。对于轮毂电机，电机转矩的输出方式(是否通过齿轮减速机构减速)不同，其机械结构也不同。

1、普通高速有刷电机内部机械结

构。这种轮毂式电机由内置高速有刷电机心、减速齿轮组、超越离合器、轮毂端盖等部件组成。高速有刷有齿轮毂式电机属于内转子电机。

2、常见低速有刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由碳刷、换相器、电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等部件组成。低速有刷无齿轮毂式电机属于外转子电机。

3、常见高速无刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由内置高速无刷电机心、行星摩擦滚子、超载离合器、输出法兰、端盖、轮毂外壳等部件组成。高速无刷有齿轮毂电机属于内转子电机。

4、常见低速无刷电机的内部机械结构。这种轮毂式电机由电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖、轴承等部件组成。低速无刷无齿轮毂式电机属于外转子电机。

主要特性

无刷直流电动机之所以被广泛应用于电动车，是因为它与传统的有刷直流电动机相比具有以下二方面的优势。

(1)寿命长、免维护、可靠性高。在有刷直流电动机中，由于电机转速较高，电刷和换向器磨损较快，一般工作1000小时左右就需更换电刷。另外其减速齿轮箱的技术难度较大，特别是传动齿轮的润滑问题，是目前有刷方案中比较大的难题。所以有刷电机就存在噪声大、效率低、易产生故障等问题。因此无刷直流电动机的优势很明显。

(2)效率高、节能。一般而言，因无刷直流电动机没有机械换向的磨擦损耗及齿轮箱的消耗，以及调速电路损耗，效率通常可高于85%，但考虑到实际设计中的最高性价比，为减少材料消耗，一般设计为76%。而有刷直流电动机的效率由于齿轮箱和超越离合器的消耗，通常在70%左右。