【汽车用电动机及其应用探究5200字（论文）】

汽车用电动机及其应用研究目录TOC\o"1-3"\h\u26044摘要 15071新能源汽车用电动机 214601.1概述 26661.1.1汽车用电动机定义 2326191.1.2新能源汽车用电动机的运行模式 2192951.2新能源汽车用电动机和工业电机的区别 224262汽车用电动机的类型 2280872.1直流电动机 261522.1.1直流电动机的工作原理和基本构造 3153372.1.2直流电动机的特点及工作特性 3122822.1.3直流电机在新能源汽车上的应用 371982.2永磁电动机 321422.2.1永磁电动机的分类和特点 3216412.2.2永磁同步电机在新能源汽车上的应用 452362.3开关磁阻电机 586722.3.1开关磁阻电机的结构和工作原理 589022.3.2开关磁阻电机在汽车上应用 5129332.4轮毂电机 6251272.4.1轮毂电机的结构和原理 6133282.4.2轮毂电机的驱动方式 7254982.4.3轮毂电机在汽车上的应用 7199963结语 710343参考文献： 9汽车用电动机及其应用摘要：对目前的汽车市场来讲，全球所有的车业都开始向新能源汽车发展，所以新能源行业已经到了飞速发展的时期。而作为新能源车的心脏的汽车用电动机也得到了发展，当今社会环境污染、能源枯竭形势日夜严峻，新能源汽车已经成为了当前汽车行业发展的一个大趋势。要做好新能源汽车的核心之一在于电机驱动技术，本文主要的分析对象是新能源汽车的电动机技术。本篇文章分为三个章节，第一章主要对新能源汽车用电动机系统的组成、运行模式、主要参数、与工业电机相比较进行了简单的概括。第二章主要对直流电机、轮毂电机、永磁电动机和开关磁阻电机结构和形式进行了比较全面的介绍，并分析电动机在新能源汽车上的应用。关键词：新能源汽车；汽车用电动机；应用

1新能源汽车用电动机1.1概述1.1.1汽车用电动机定义汽车用电动机是一种专门用于驱动汽车行动的电机，是新能源汽车的心脏。1.1.2新能源汽车用电动机的运行模式汽车用电动机有两种运行模式，一种电动模式，一种是发电模式。（1）电动模式当车处于电动模式时，电机会将蓄电池输送过来的电能转化为机械能，使汽车行动起来。（2）发电模式在车辆下坡或者减速刹车时，车辆带动电机，电机输出电流，电流经过逆变器后输出直流电给蓄电池充电1.2新能源汽车用电动机和工业电机的区别作为新能源汽车来讲，它的汽车用电动机和工业上的电机有很大的不同。一般的工业电机有额定的工作点，但是汽车的汽车用电动机，却会经常加速、减速、倒车、停车。在爬坡和低速状态时，需要较高的扭矩。高速时要小转矩。汽车用电动机在新能源汽车上必须具有：较高的可控性、很高的精度、优异的性能；而工业上所使用的电机只须要达到特定的要求就可以了。图1新能源汽车用电动机2汽车用电动机的类型2.1直流电动机2.1.1直流电动机的工作原理和基本构造对于直流电机，它构成的元器件有：定子、转子、换向器、电刷、电枢和励磁两种电路。定子这种励磁电路是使用励磁缠绕产生的磁场，转子这种电路是用来安装电枢绕组的，因为电流是双向的，所以要用转换器来实现切换。直流电动机的工作原理，一个简单的单匝电枢线圈组成电枢电路，电枢线圈通过一个换向器和一对电刷与直流电相连接。换向器用来保持外来的电流方向不变，是切换电枢线圈里的电流方向来实现的；电刷是导通旋转的换向器和直流电源之间的电路2.1.2直流电动机的特点及工作特性直流电动机具有以下特点：（1）电枢轴应加长，能快速检查推力轴接头和更好的装备脉冲发生器，（2）转子小，轴长，适应了高速旋转。（3）为了增强散热性，增加了较多的散热槽直流电机融合了两种电机的优点，一是串励电机的软机械特点，还有他励电机的硬机械特点。2.1.3直流电机在新能源汽车上的应用最初造出来的电动车大部分都采用直流汽车用电动机，哪怕是到了现在，直流电机也没有被淘汰，仍然有部分新能源车在使用汽车用电动机。但由于存在一些设计上的缺陷，这些缺陷会对电机运转速度、负载能力进行限制，长时间还会对电刷和换向器造成不可逆的磨损。需要在一段时间以后进行更换。还有，磨损一般会出现在转子，对散热有了很大影响，对转矩的提高有了限制。毫无疑问，在电机这一块，直流电机经过这么多年的发展，它的技术已经非常完善和发达了。新能源汽车中直流电机驱动具有技术成熟和控制简单的明确优势。然而，随着对电机性能要求的提高，例如:效率要高、功率密度高、免维护运行等不断增长的要求，直流电机驱动对于新能源汽车不再具有吸引力。一些直流电机驱动，如在现代一些迷你车型仍然使用他励直流电机，随着交流电机驱动技术的不断完善，在不久的将来，直流电机驱动在电动汽车中的应用将被交流或无刷直流电机驱动所取代。2.2永磁电动机2.2.1永磁电动机的分类和特点永磁驱动电动机有多种分类方法，通过输入电流不同分类，有直接电机，交流电机两种。这种分类通俗易懂，在永磁交流电机里，没有电刷、集电环或者换向器，所以也可以较无刷电机。通过电机输入电流不同的交流波形，永磁无刷电机又有两种，即同步和无刷直流，永磁同步电机输入的电流是或接近正弦波，呈交流波形的是永磁无刷直流电机。永磁无刷电机功率大的原因，主要是电机本身磁场和相互作用力大于电流的正弦波，但是换向电流出现的转矩脉动也很大。永磁混动式是一种新的永磁电动机，运用于新能源汽车驱动，这种发动机的特点是它不仅有一个能长时间保持磁性的物体，而且有一个励磁绕组。通常在转子中加入能保持磁性的物体，将其固定在定子上。并且不含任何特别的控制方法，它控制磁通的方法就是改变直流磁电流，从而就有比别的永磁电机更大的转速区间，尤其在高速区，完美实现汽车对电动机功率的需求。这种电动机内部不同于其他电动机，所以它被划分为另一类永磁无刷电动机。现在我们常见的永磁电机都是直流电机，和不具备电刷、换向器的无刷汽车用电动机。对于永磁同步电机来说，它的性能最主要是受永磁材料的影响。永磁材料可以分为三类，反磁、顺磁和铁磁材料三种。图2永磁同步电机永磁同步电机的操作性是目前最好的，响应速度要比异步电动机快很多。可以说直流无刷电机和永磁同步电机的差别不大，但后者转矩控制精度差。2.2.2永磁同步电机在新能源汽车上的应用永磁无刷发动机中，同步和有刷两种电机优点各不相同，不过永磁同步电机的技术更先进。它的传动效率更优秀、转矩脉动小等优势，而永磁无刷直流电机的功率密度大、转矩密度大等优势。可以预期的是，上述两种电机驱动在电动汽车市场上将不分伯仲。永磁无刷电机驱动的发展高度依赖永磁材料。近年来，鉴于永磁材料具有成本高、供应匮乏和热稳定性差等问题，永磁无刷电机的发展速度势必会受到削弱，从而开辟了两个电动汽车电机崭新的研究和发展方向：定子永磁型电机和先进无永磁型电机。然而，永磁无刷电机的发展仍会进一步延伸到双定子拓扑，以满电动汽车高转矩密度的需要；或转子拓扑，以实现混合电动汽车的功率分配。永磁同步电机已经时常用在新能源汽车领域里，它里面的永磁体，就是把永磁材料放入生产的发动机里，以进一步提高发动机性能。当转子运动的速度和定子绕组的频率一样的时候就叫做永磁同步。所以想要控制汽车的速度，可以通过观察发动机现阶段输入频率。和别的电动机相比，在相同大小和重量的电动机里，永磁同步电机的功率和加速能力最大，这就导致如今新能源车企对于驱动体积和功率要求如此严格的时候会选择永磁同步电机。而且永磁同步电机的结构和直流电机很相似，所以也同时具备了耐用、动力好、内部构造简单、调速性好的优点，而且，它的驱动方式和直流电机不一样，所以在噪声和控制方面均优于直流电机。转子上的永磁材料在高温、振动、超载等使用环境下，磁会衰减，所以恶劣的使用会让其容易坏掉，由于使用成本过高的永磁材料，导致了电机的都投入过大。2.3开关磁阻电机2.3.1开关磁阻电机的结构和工作原理对于开关电阻类型发动机来讲，作为全新的调速发动机，具备了直流和交流两种调速系统的优点，是无刷连续和变频两种调速系统的总结，到目前为止最先进的无级的调速系统。它的内部构造简单，使用场景广，性能好，在使用过程中具有非常好的可靠和高效性。它的内部构造主要有4个方面组成，开关磁阻电机、控制器、功率变换器和位置检测器。开关磁阻发动机系统切换结合了感应发动机驱动系统和直流电驱动系统的优点，是这些驱动系统的有力竞争对手图3开关磁阻发动机2.3.2开关磁阻电机在汽车上应用一百多年以来，开关磁阻电机不断的发展，人们对开关磁阻电机的关注也起起伏伏。列如：在19世纪80年代，开关磁阻电机由于其结构牢固、控制简单、免维护等这些原因得到了极大的发展；20世纪90年代则因为开关磁阻电机的转矩密度低、转矩脉动大和有噪音等问题，受到了永磁无刷电机的强烈冲击。从10年前开始，人们对开关磁阻电机驱动重燃兴趣，尤其对于比较关注制造成本和可靠性的新能源汽车行业极具吸引力。由于永磁电机所需的稀土材料短缺且价格高昂，开关磁阻电机的吸引力显著增加，被认为是在电动汽车驱动领域最有希望与永磁无刷电机相竞争的驱动系统。因此，许多高校、研究所以还有新能源汽车企业都在积极开发开关磁阻电机在新能源汽车中的应用技术。利用先进的计算机和精密的控制策略，开关磁阻电机的大部分缺点(如转矩脉动、噪声等)被克服或减弱，转矩和功率密度也得到提升，在某些方面甚至超过了感应电机。总之，开关磁阻电机的技术已经成熟。所以，近几年来，部分专门为电动汽车的推进而设计的开关磁阻电机已经商业化使用。同时，一些开关磁阻电机在新能源汽车中实际应用也越来越多了。可以想到在不久的将来，越来越多的新能源汽车企业会采用开关磁阻电机来作为汽车用电动机。2.4轮毂电机2.4.1轮毂电机的结构和原理轮毂电机这种技术又叫做车轮集成技术，就是把所有的部件，包括传动、制动、电机都放进轮毂里，让汽车的机械部分极大减少。轮毂电机不是最近才出现的，早在20世纪，就有汽车使用轮毂电机了，在1970年左右，矿物运输车就开始使用轮毂电机了，但轮毂电机被家庭用车使用的历史，日本汽车企业研究的比较早，技术相对来说也比较先进。其中丰田通用等汽车国际巨头对其进行研发。图4轮毂电机轮毂电机驱动系统的结构形式按照转子形式有内外两种转子式，使用低速外转子电机的外转子式，电机的最高转速在1000-1500r/min，由于没有减速的装置，所以车轮和电机连在一起，转速相同。但是使用了高转速内转子电机的内转子式，有了特定传动比的减速器，同时想要得到很高的功率，电机的转速可高达10000r/min。由于行星齿轮减速器越来越紧凑，所以在电动机的功率方面，内转子式的轮毂电机更优于外转子式。2.4.2轮毂电机的驱动方式轮毂电动机使用时可分为减速驱动和直接驱动两种驱动方式。使用减速驱动这种方式，对于经常在高速状态行驶下的电动机，可以选择的电动机是高速内转子式。在车轮与电动机中间放置减速装置，可以用来简述和增大转矩，简述驱动方式的优点：高速运转时具有较高的运行效率，因为扭矩大，爬坡性能良好，同时低速时也有很好的扭矩。缺点就是：不好对齿轮间进行用法导致了磨损严重，从而使用时间短，使用时声音很大，散热性能差。这种驱动的方式比较适合在偏远山区或者是丘陵地方，可以满足强大的装载能力和公交车的经常启动停车。如果是直接驱动的这种方式，大部分都会使用，转子是电动机。因为在汽车起步的时候需要强大的扭矩支持。直接驱动好处是：因为没有了减速机构，所以整个驱动装置变得简单、尺寸小，而且很紧凑，这个时候的响应速度和效率都会提高。他的缺点就是：需要大扭矩的时候必须有大电流支持，会对电池造成不可逆的损伤，他的峰值扭矩区域很窄。所以比较适合平原或者是载重小的需求。2.4.3轮毂电机在汽车上的应用这些年来，国外的轮毂电机基本上有在两个地方：一、轮胎生产厂家和汽车零部件生产厂家共同研究生产的集成模块电动系统，二、新能源车企和生产轮毂电机的厂家一起研发新的新能源电动车。在中国，绝大部分研究轮毂电机的都是大学，都是为了研发新能源汽车。到目前，有研发能力的新能源汽车厂商也推出了自己的轮毂电机产品，在我国，有的厂商可以生产出新能源汽车，但对于轮毂电机没有相应的技术，特别是高转速的轮毂电机，和同时期的外国产品差距很大，所以对我们国家的新能源车企来说，应该加大对这方面的投入，才能提高竞争，减少与发达国家的水平差距，从而使我国的轮毂电机达到世界先进水平。3结语在我国的汽车行业中，新能源汽车必将成为主流。原因有两点：一是传统化石能源是不可再生的用一点就少一点，我国的电力资源比较丰富，价格也便宜，国家政策支持，所以新能源汽车必将成为主流；二是德、日、美等汽车大国在传统汽车的关键技术上对我国进行技术封锁，所以通过新能源汽车的研究是我国在汽车行业进行弯道超车的最好的一条路。在新能源汽车技术上中国有着很大的优势，如今的电池无论是在技术上还是产量上中国都遥遥领先与世界各国。同时由于国家政策鼓励和支持，中国新能源汽车技术的研究和商业化进度是超快的，高效率。所以在