新能源汽车上的电机应用及特性研究

题目：新能源汽车上的电机应用及特性研究摘要随着世界资源危机以及新型能源的不断崛起，越来越多新能源汽车不断面世，在原有的发动机性能上有了更高的要求。本文就适合新能源汽车的四种主要驱动电机进行研究，包括交流异步电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机、直流电动机，对四种电机的应用领域、基本性能进行研究和对比。主要介绍了各个电机的工作原理，它们各自的应用场景以及各自的优缺点以及性能。永磁同步电机体积小、质量轻，主要应用在新能源乘用车上，而交流异步电机因结构紧凑、坚固耐用，更适合应用于新能源客车，开关磁阻电机结构简单，转矩波动大，应用于大型客车，直流电机调速平滑，抗过载能力强，则更适合频繁起动的场合。通过对四种电机的研究展现我国新能源汽车发展的现状。我国是汽车大国，随着时代与科技的进步，对电机进行更充分地研究，取长补短之后，才能把握住时代潮流，使新能源汽车得到长足发展。关键词：驱动电机；工作原理；功率因数；负载特性；应用场景。AbstractWiththeworld'sresourcecrisisandthecontinuousriseofnewenergysources,moreandmorenewenergyvehiclesarecontinuouslyavailable,andtherearehigherrequirementsontheperformanceoftheoriginalengine.Inthispaper,fourmaindrivemotorssuitablefornewenergyvehiclesarestudied,includingACasynchronousmotor,permanentmagnetbrushlessmotor,switchedreluctancemotorandDCmotor.Theapplicationfieldsandbasicperformancesofthefourmotorsarestudiedandcompared.Thispapermainlyintroducestheworkingprincipleofeachmotor,theirapplicationscenarios,theiradvantagesandtheirperformance.Thepermanentmagnetsynchronousmotorissmallinsizeandlightinweight,whichismainlyusedinnewenergypassengercars.TheACasynchronousmotorismoresuitablefornewenergypassengercarsbecauseofitscompactanddurablestructure.Theswitchedreluctancemotorhassimplestructureandlargetorquefluctuation,whichissuitableforlargepassengercars.TheDCmotorhassmoothspeedregulationandstrongantioverloadability,soitismoresuitableforfrequentstartingoccasions.Throughtheresearchonfourkindsofmotors,itshowsthecurrentstatusofthedevelopmentofnewenergyvehiclesinChina.Chinaisamajorautomobilecountry.Withtheadvancementofthetimesandtechnology,wewillconductmorethoroughresearchonelectricmotorsandlearnfromeachother'sstrengths,sothatwecangraspthetrendofthetimesandmakenewenergyvehiclesdeveloprapidly.Keywords:Drivingmotor;Workingprinciple;Powerfactor;Loadcharacteristics;Applicationscenario.目录TOC\o"1-3"\h\u1新能源汽车电机概况 51.1新能源汽车驱动电机系统简介 62新能源汽车电机相关特性及应用 62.1永磁同步电动机的相关问题 72.1.1永磁同步电机的工作原理 72.1.2永磁同步电机的特点 72.1.3永磁同步电机在新能源汽车上的具体应用 82.1.4永磁同步电机的特性 92.2交流异步电动机的相关问题 102.2.1交流异步电动机的工作原理 102.2.3交流异步电机的应用 112.2.4交流异步电机的相关特性 122.3开关磁阻电动机的相关问题 132.3.1开关磁阻电动机的工作原理 132.3.2开关磁阻电机的特点 132.3.3开关磁阻电机的具体应用 142.4直流电动机的相关问题 152.4.1直流电动机的工作原理 152.4.2直流电机的特点 152.4.3直流电机的具体应用 162.4.4直流电机的特性 163电机特点的综合对比与电机的发展前景 17致谢 19参考文献 201新能源汽车电机概况对新能源汽车来说，电机扮演着一个非常重要的角色，正如变速箱之于燃油车一样。新能源汽车的电机掌控着汽车起动、加速、制动等等功能。目前，我国被广泛应用的主要是永磁同步电动机，它的功率密度高，而且体积小，在北汽、比亚迪、荣威等大部分乘用车车企中十分常见。交流异步电机应用较少，主要是在特斯拉、蔚来等乘用车车企。而开关磁阻电机更多的则是被应用在商用车领域。从新能源汽车电机研究与发展的概况来看，最早在新能源汽车中使用的电机是直流电机，因为我国的电子电力技术相较于国外发展较晚，随着近些年来电子技术、控制技术的不断更新换代，永磁同步电机、交流电机、开关磁阻电机逐步占据主流市场。我国已经基本具备了驱动电机的研发和制造的能力，电机的性能基本满足了日常行驶的要求，并且正在不断优化，但与国外顶尖技术仍然存在着一定的差距，如何对电机进行更优化的设计，使其能够满足调速范围较宽、功率提高、适应不同环境是近些年来新能源汽车电机方面的研究重点。电机的性能与电机所用的材料密切相关，因此，对电机材料的实验显得尤为重要。硅钢片是制造新能源电机铁心的一种较为可靠材料，目前日本钢铁产业对于无取向硅钢片的研究处于领先地位，并且申请了大量有关专利，如住友、新日铁等大型企业设计制作的驱动电机硅钢片性能较好，广泛应用于丰田等日系车中，它具有较好地磁性能，能大幅度增加磁场强度，提高电机输出的转矩、相应减少了功率的损耗。我国也致力于对电机材料的优化，例如武钢集团、钢铁研究总院对于高强度无取向硅钢的开发与应用。通过不断改善所应用的合金元素、工艺制造方法，尽可能提高电工钢的强度，以减少在电机时用过程中的磨损，增长电机的使用寿命，同时强化电极的使用性能。电机的架构设计也是新能源电机研究的一大重点，例如通过双电机串、并联等方式来提高整个新能源汽车的运行性能。比亚迪致力于插电式混合动力技术的研究，从第一代双模技术发展到第三代双模技术，不断改进的动力架构使得汽车的功率、扭矩都有了大幅提升。除此之外，对于电机本身控制原理、结构的研究与设计理念也在不断发展。例如集中于各大高校和相关研究所之间的对电机伺服控制系统的改进，正在向着数字化、集成化的方向发展。中国电工技术学会电力电子学会举行的每届学术年会也对包括电机的直接转矩方法、变频调速、矢量控制技术等进行了理论上的研究与探讨，针对相关问题和方法撰写了大量的研究论文。国家“十三五”第二批重点研究计划有将近6个左右的项目围绕驱动电机以及电力电子技术等展开。北汽等汽车企业对于电机的研发也正逐步朝着智能化、永磁化的方向发展。1.1新能源汽车驱动电机系统简介新能源汽车电机与传统的内燃机相比具有节能、环保、简单等优点。纯电动汽车由电机驱动而不需要自动变速箱，电机结构更为简单，技术成熟，运行也会更加可靠，传统的内燃机如果需要高效产生转矩，则其转速就会被限制在一个较窄的范围，因而需要庞大且复杂的变速机构，但电机却可以在宽转速范围内高效产生转矩，因为变速机构的简化，使得其操纵也更方便。同时，对于不同类型的电机，其控制系统的原理和方式有很大的区别，各自的特性和优缺点也不尽相同。2新能源汽车电机相关特性及应用新能源汽车电机尤其是纯电动汽车对驱动电机也有一定的限制，首先，电机应该结构紧凑，以保证在安装完所有零部件后，汽车整体较小巧精致，其次，应尽可能做到重量轻，可以采用铝合金外壳，减少整车质量，使得其能耗较小。电机同样需要较高的可靠性，失效模式可控，以此保证乘用者的安全，并在此基础上，尽可能对力矩进行精确的控制，保证一个较宽的调速范围，使得其动态性能能够满足要求。同时较高的效率和功率因数可以减小损耗，提高电机的续航里程。为使新能源汽车可以大量普及，满足群众的购买力，电机本身的成本也不能过高，在保证功率、转矩等基本性能要求外，使其价格较低，在满足汽车制造商的成本利润时，尽可能地适应群众的购买能力。由此可见，新能源汽车对电机的要求更加复杂。交流异步电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机、直流电机都可以很好地满足上述要求，但它们在各自的工作原理和使用场景上又不尽相同。2.1永磁同步电动机的相关问题由于微电子技术、电力电子技术、传感器技术以及新型电机控制理论的发展，稀土永磁材料的发现，永磁同步电机逐渐走进人们的视野，占据新能源汽车电机的半壁江山，总的来说，永磁同步电机的体积较小、损耗小，因而其效率较高，功率密度大，同时结构较为简单，比较易于操作和日常的维修处理。2.1.1永磁同步电机的工作原理同步电动机要实现电能和机械能之间的转换就需要一个直流磁场，根据磁场产生的方式不同可以分为不同种类。永磁同步电动机的定子可以产生一个旋转磁场，利用永磁材料制作而成的转子使得同步发动机可以实现能量的转变。与感应电机相比有很好的整体功率密度和感应效率[1]。2.1.2永磁同步电机的特点众所周知，永磁同步电机因为其具有高效率，高转矩密度等特点，因而被较常用为电动汽车的牵引电机[2]。除此之外，永磁同步电机还具有许多其他优点，包括可靠性高、精度、频率高、功率密度较大等，它的使用寿命一般较长。永磁同步电动机与直流串激电动机相比具有更为优越的性能参数，它在安全性、可靠性和调速性能上表现得都更加出色[2]。表1.永磁同步电机与直流串激电机性能比较电机种类安全性可靠性调速性能永磁同步电机电气制动稀土材料、硅钢片无级调速直流串激电机机械制动结构复杂、线圈易烧受负载影响因为采用稀土永磁材料，所以电机的体积较小，质量也较轻，其形状和尺寸更加的灵活。换向装置采用电子功率器件，使得其驱动更加灵活，可控性也因此增强。无论是极限状态下的转速还是制动时汽车的性能的表现都十分的优秀，与剩下的三种电机相比，占有极大的优势。永磁同步电机作为驱动电机具有一定的优越性，突出表现在以下几点，如表2所示。表2.永磁同步电机作为驱动电机电机/优势转矩、功率密度大、起动力矩大力能指标节能高效结构简单、可靠性高永磁同步电机体积缩小、重量减轻恒转矩区较长，提高低速动力性能不存在转子电阻和磁滞损耗零部件大量减少但是永磁同步电机也有着不可避免的缺点。稀土作为一种珍惜资源，使得电机整体的价格较高，且受磁材料工艺的影响和限制，它的最大功率只有几十千瓦，功率范围较小。永磁材料具有一定的不稳定性，它在高温、过载电流和振动等作用下，磁性能会有所衰退，进而影响到整个永磁电机的工作性能。在过载严重时，电动机的基本性能会受到一定程度的影响，因此在平时生活中应当特别注意，必须严格控制其负载。且因为永磁材料产生磁场的局限性，增大电机的功率会导致电机体积的变大；永磁电机控制技术与感应电机相似，主要可分为矢量控制（包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向等）和磁场定向控制[3]，在恒功率模式下，它的操纵要更为复杂，因此控制系统的成本更高，在高速运行时，通常采用弱磁控制，但它的弱磁能力较差，导致其调速范围也有限；另外，它的抗腐蚀能力差，不易装配。2.1.3永磁同步电机在新能源汽车上的具体应用随着科学技术的不断发展，稀土永磁电机的设计理论、计算方法、检测技术和制造工艺也得到了长足的发展。大规模集成电路和计算机技术也使得永磁驱动电机正在朝着一个积极的方面发展，尤其是混合动力汽车和纯电动汽车的普及，将会使永磁同步电机迎来更为蓬勃兴盛的时期。目前，电子技术的进步使得永磁同步电动机具有高高功率密度和工作效率，优化了许多基本性能，可以为车辆输出最大的动力及加速度。我们经常能在对能量体积比要求最高的新能源乘用车上发现永磁同步电动机的身影。尤其是在像中国、日本以及稀土资源较为丰富的其他国家，永磁同步电动机的适用更是十分普遍。我国是稀土资源大国，无论是资源的储存量，还是获取技术都已经十分成熟，这也使得对该种电机的制造要更为方便，相比于其他国家，我国在材料获取和造假上都要更占优势。现阶段，永磁同步电机在我国新能源汽车中的适用占90%。国外新能源汽车中永磁同步电机的应用情况如下表3所示。表3.国外永磁同步电机应用情况车辆型号电动机类型宝马i3永磁同步电动机日产Leaf永磁同步电动机雪佛兰Spark永磁电动机福特FocusElectric永磁电动机本田FitEV永磁电动机日本稀土永磁产业发展较为良好，其在混合动力汽车的发展上在世界居于遥遥领先的地位。永磁同步电机具有高节能潜力和经济效益，由国内外的调查可知，工业领域的电动机年平均运行时间大约在3000h，而在一些石油、化工、冶金等行业，电动机的年平均运行时间超过6000h[4]，采用一般传统异步电机会对电能造成很大的消耗，而采用高效的永磁同步电机则会节约大量能源。在未来，随着永磁材料的性能和可靠性的不断提高，其发展也会越来越完善，慢慢向着高功率密度、高转矩密度、高可控性发展，更多的高性能、高效率、低成本的永磁电机将会占据市场的主流。2.1.4永磁同步电机的特性永磁同步电机与异步电机相比，具有明显的优势，它效率高，功率因素高，能力指标好，体积小，重量轻，温升低，技能效果显著。随着电机转速的不断提高，电机的功率也不断提升，效率也有所提高，但始终保持在70%-80%较高范围之间。转速到达临界值后，电机的效率也会急剧下降。2.2交流异步电动机的相关问题异步电动机也可以称为感应电机，因其具有结构紧凑、环境适应性较好，耐用性强等多种优点，且其价格较低，维护简便，逐渐在新能源汽车电机中被广泛使用，是四种主要使用的电机之一。2.2.1交流异步电动机的工作原理交流异步电动机主要由定子、转子以及它们之间的气隙构成，它的结构相对简单，比较容易集中制造，掌握相关的技术，进行大范围的普及。对定子绕组通三相交流电流后，变化的电流会使磁极性质不断循环改变，形成一个旋转的磁场，转子位于旋转磁场中，并在其作用下，产生转动力矩，从而实现能量的转换。异步电动机与直流电机相比，不具有电刷或者是集电环。依据交流电种类的不同，可以分为单相和三相，其控制器也具有单相220V、三相200V和三相380V三种输入电压2.2.2交流异步电机的特点异步电机主要由定子、转子以及气隙构成，其结构比较紧凑，耐用性能好。它与永磁同步电机一样具有体积小、质量轻、可靠性高、使用寿命长的优点，但永磁同步电机需要用到稀土永磁材料，对能源和价格的要求会比较高，而异步电机则成本较低，价格低廉，电机可采用市电或变频器供电，使得它的运行成本也较低。三相笼型异步电机的功率容量范围十分广泛，跨度巨大。可以用于腐蚀性环境或者是危险应用的场合，实现再生制动。与直流电机相比，效率更高，但重量却更轻。冷却方式也较为简便，包括平时常见的，广泛用于现代电极上的空气冷却、液体冷却等，具有最高的电机的效率和最佳的冷却方式，能更好的适应环境。异步电机直接转矩控制技术控制思想新颖,结构简单,控制手段直接,是一种具有良好的静态与动态性能的交流调速方法[5]。和新能源汽车上被广泛应用的其他四种电机相比，交流异步电机的功率因数较低。在运行时必须吸收电流来产生旋转磁场，它的过载能力虽然较强，但电机参数容易因负载的变化而发生变化，而且它的调速性能较差，调速范围与相比较窄。异步电机的控制系统较为负杂，因为要使用交流电流，所以需要逆变装置来控制电流的转换。同时，交流异步电机在起动时会产生较大的冲击电流，一般为额定电流的5至8倍[6]，起动应力过大，对电网造成过大的冲击，会导致负载的使用寿命，影响电机正常的工作。运行时负载的不断变化，使电机出现轻载或空载的运行状态，从而影响电机的功率因数和效率[7]。适合新能源汽车的电机需要具备高效性，在低转矩时仍能保持大范围的恒定输出特性，使用寿命长，并尽可能使噪声低、造价也较低。要满足以上特性，交流异步电机仍需要在控制方式和结构上做出更更进一步的改变。2.2.3交流异步电机的应用交流异步电机被广泛应用于各个领域，尤其是在工业和农业领域十分常见，随着不断地研究以及自主研发能力地提升，在这两个行业中的研究与开发中更是取得了不小的进步。但在实际的应用中，电机常常在非经济状态下运行，造成了极大的电能耗费的现象。在新能源汽车方面，异步电机广泛应用于乘用车中[8]，尤其是在客车中较为常见。相比于永磁同步电机，异步电机主要应用在美国，美国地广人稀，较多的乡村地带使得车辆的密度较低，汽车可以一定的高速持续行驶，实现高速运转，并且保证在高速时的高效率。对于我国而言，随着高速公路、快速路等不断地发展，交通状况和路况进一步变好，交流异步电机也会在新能源汽车中得到更广的应用。国内外交流异步电机的应用如下表4所示。表4.国内外交流异步电机的电机的应用车型电动机类型电机供应商宝马Mini-E交流异步电机ACPropulsion宇通异步电机中车时代中通异步电机大洋电机青年客车异步电机美国伊顿2.2.4交流异步电机的相关特性交流异步电机的特性表现如下，由图1电机的工作特性曲线可知：图1.交流异步电机的工作特性曲线交流异步电机的功率因数特性变化主要呈以下趋势：在电动机空载时，定子上的电流主要是用来产生主磁通，此时功率因数会比较低，电动机具有较小的有功功率。当逐渐加大负载电流的时候，有功功率会逐步增大，交流异步电机的功率因数也会随之有一定增幅。当电机的功率提升到额定功率，此时电机的功率因数将会上升到一个顶点。继续提升负载，则会提高转子的漏电抗（漏电抗与频率正比），功率因数也会随着漏电抗的提升而降低。交流异步电机的转矩特性：交流异步电机拥有一个较狭窄的转速范围很小，在电机从空载状态逐步递加到电机满载状态时，电机的转速也会随之不断降低。电流特性：交流异步电机在空载状态时，它的电流较小，转子上可以视为没有电流通过，但当对通过电机的负载电流进行适当提升，电机的转速也会逐步下降，电机转子上通过的电流也会随之逐步增大，同时，电机定子上的电流也会相应有所提升，最后导致交流异步电机的输入电流也因此有一定的提升。2.3开关磁阻电动机的相关问题开关磁阻电动机是一种较为新型的电机，它的技术与应用在最近几年得到了长足的发展，与其他三种电机相比，具有不容忽视的优点。开关磁阻电机是一种调速类型电机，它的研究与应用主要集中在无刷直流电机、直流电机之后，并且已经取得了显著的研究成果。随着电力电子技术和半导体技术的飞速发展，突破电机驱动技术的瓶颈，开关磁阻电机驱动越来越普遍。它的研究与开发中要用到以下理论：现代微电子技术、红外光电技术和现代电磁理论等。开关磁阻电机结构简单、制作方便，已逐渐发展为新能源汽车中的主流电机。开关磁阻电机的发展具有很大的市场潜力，不仅得益于它本身的技术优势，更在于它具有一些其他电机无法比拟的优点。它的结构主要包括控制器、功率变换器、电机实体以及位置检测器四部分，各部分之间紧密结合、相互配合，共同保证电机的平稳运行。开关磁阻电动机的控制器主要由功率变换器和控制电路两部分构成。它的调速系统既有直流调速系统的优点，比较方便、易操作。与此同时又保留了交流调速系统的优点，使得开关磁阻电机具有更大的优越性。2.3.1开关磁阻电动机的工作原理开关磁阻电机遵循“磁阻最小原理”。该原理是指磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。开关磁阻电机的定子与转子的凸极都是由硅钢片制作形成，技术更高级且精细，耐用度高。开关磁阻电机包括位置检测器、电机实体、控制器、功率变换器等部分，尤其是它的功率转换器，十分耐用，结实坚固，寿命较为长久。电机的控制器主要由控制电路和功率变换器构成。集中绕组安装在定子极上，但是该电机的转子上却没有永磁体和绕组等部分。铁心的主轴线必须在每次移动到磁阻最小的位置上时，与轴线重合。2.3.2开关磁阻电机的特点开关磁阻电动机作为一种新型调速电机具有许多优势。首先，它的结构简单，集中绕组安装在定子上。开关磁阻电机的转子上装置较少，没有滑环、绕组甚至是永磁体等部分。制造较为简便，维修和护理也更为方便和容易。其次，它的效率也很高，损耗较少，主要发生在定子上，不仅是额定效率较高，更可以在很宽的范围之内仍然保持一个较高效率[9]，可达85%-93%。相比于交流异步电动机，它的起动转矩较大，但起动电流较低，在控制器输出较小电流的情况下，电机就可以产生一个较大的转矩。由于各相绕组和磁路相互独立，不需要和新能源汽车常用电机那样，必须使它们紧密结合、相互配合，才能产生一个旋转磁场，因此它的系统可靠性较高。它的电机转矩方向和绕组的电流方向无关。电机的定子与转子通常采用硅钢片，工艺性较好，能适应不同的工作环境。但是开关磁阻电机转矩波动较大，有系统非线性的特性。它的特殊结构使得电机存在转矩脉动和不平衡径向力，从而严重影响汽车的平顺性和安全性[10]。开关磁阻电机径向电磁力具有严重的非线性问题[11]。传统的开关磁阻电机控制策略具有电流跟踪效果较差的问题，它特有的双凸极结构使得转矩脉动较高[12]。除此之外，由于一些列脉冲转矩共同作用，从而使得开关磁阻电动机的转子上能够产生相应的转矩，因此它的噪声与振动较大。另外，它的在使用直流电源的情况下，会产生非常巨大的脉冲电流，因为它的控制系统由于磁场的跳跃性旋转会比较复杂。位置检测器与功率变换器的参数将会严重影响开关磁阻电动机的相关性能。2.3.3开关磁阻电机的具体应用开关磁阻电机可以应用于许多领域，如通用工业、家用电器，比如洗衣机、空调等，还可以应用于电力传动系统之中，航空航天等领域。在新能源汽车中则主要应用于大型客车。我国大概在20世纪80年代末90年代初开始了对开关磁阻电动机调速系统的开发与研究，取得了多方面的成就，但是开关磁阻电机的应用性研究与开发以及怎样实现电机大规模且系统化、产业化等问题仍然还没有得到很好的解决。随着智能技术的不断发展以及机械工业的不断崛起，开关磁阻电机也会进一步完善，拥有更好的环境适应性和其他基本工作性能，从而在电机市场上占据一席之地。车的电机需要具备高效性，在低转矩时仍能保持大范围的恒定输出特性，使用寿命长，2.4直流电动机的相关问题直流电动机是一种比较常见的电机，和其他三种类型电机一样，它可以将直流电产生的电能通过电磁感应转换为驱动运转的机械能，直流电机的调速性能十分的优秀，也因为这个显著的优势，在需要电力拖动的应用场景下，直流电机常常被人们首先考虑到，并在实际生活中普遍应用。直流电机的励磁方法各有区别，包括自励式的励磁方式、他励式的方式以及永磁式。直流电动机和其他电机一样，它的结构主要是由转子部分和定子部分构成，可以说是结构紧凑，而且运行原理十分简单，并且也比较便于进行相应的操作。换向极、机座、主磁极和电刷等装置相互配合，共同组成了直流电机的定子部分。定子能够产生一个磁场。电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等装置则紧密结合，共同构成了直流电机的转子部分，直流电机的转子可以根据电磁感应原理在切割定子产生的磁场后产生一个感应电动势，同时也会相应产生一个电磁转矩，使得电机能够运转。2.4.1直流电动机的工作原理直流电机的工作原理较为简单易懂，总的来说就是根据我们所熟知的左手定则可得，通入电流的的导体在磁场中会受到力的作用，从而使导体发生转动。直流电机有一个可以作为磁场线圈的定子，同时，电机转子上也会有一个线圈，当二者同时通入电流，转子线圈在电机的定子磁场中会受到感应力的作用，从而使转子旋转，驱动电机运作。2.4.2直流电机的特点直流电机具有许多优点，首先它拥有优秀的调速性能，这是它与其他三种电机相比最为突出的优势。直流电机的调速范围大，无论是低速，还是中高速的状态都能平稳运行。在负载很大的状态下，直流电机也可以进行平顺的无级调速。同时，它的过载能力很强，起动转矩和制动转矩大，可以平顺的实现调速。它的控制方法相较于其他几种电机而言要更为简单，通过电压的调节即可进行控制，而不需要对磁极位置进行检测。与永磁同步电机一样具有结构简单的特点。直流电机也具有一些局限性。由于电机电枢回路的电阻和电感较小，并且因为机械惯性的存在，使得在电机起动后，初始阶段电机具有较小的反电动势，但却具有较大的起动电流。由于直流电机的这一特性，将会破环电网的稳定状态，并对直流电机的机座部分造成一定的损害，尤其是在电机的换向器上，过大且不稳定的电流可能会产生电火花，使得电机的安全性降低。比如在负荷较重和高速运行的状态时，换向器表面就会产生电火花；与其他电机相比，直流电机及其驱动系统的体积较大，重量较大，造价较高，并且调速范围会受到一定的限制[13]。传统直流电动机对功率开关器件耐压值的要求较高[14]。其中，无刷直流电动机在传统的“两两通导”的驱动方式下存在非换相电流脉动，导致电枢绕组铜耗较高[15]。直流电机的环境适应性没有上述电机好，在潮湿、易燃易爆的环境下不宜适用。2.4.3直流电机的具体应用直流电动机的调速性能好，可以实现频繁的制动、反转和起动，优秀的过载能力使得它脱颖而出，因此，在我们的日常生活中直流电机常见于可调转速的大型机械上。同时，因其起动转矩大，在一些可逆轧钢机、电车等装置里也可以常常看见它的身影。在新能源汽车中，更是广泛应用于城市无轨电车、电动叉车、电动观光车和巡逻车等。目前，我国有越来越多的城市在公共交通中选择低地板有轨电车，而直流电机则是其液压制动系统的重要部件[16]。2.4.4直流电机的特性对他励直流电动机而言，它的转速特性主要表现为：直流电机的转速与负载电流之间的关系基本上是呈线性关系变化的趋势。当提高直流电机的负载电流时，它的转速也会相应下降。它的转矩特性则表现为：在忽略电枢反应情况下，直流电机的电磁转矩与电枢电流成正比。它的效率特性表现为：当负载电流较小时，直流电机的工作效率也会较低，空载损耗会导致电机的输入功率浪费较多。随着负载电流逐步增加，直流电机的工作效率也逐步提升，因为机械负载所损耗的功率也会进一步提升；但当电机的负载电流过大时，直流电机的效率反而因为损耗而进一步降低。3电机特点的综合对比与电机的发展前景由上文可知，不同电机在作为新能源汽车电机时都具有它们各自的优势，对于永磁同步电动机而言，它的主要优势在于可靠性高、力能指标好、功率密度大；对于交流异步电机而言，它的环境适应性要更好，而对于开关磁阻电机而言，它的结构较为简单，效率可保持一个较高的水准；而对于直流电机来说，它最突出的优点表现在调速性能好、起动力矩大。图2是对几种电机性能和特点的综合比较。图2.电动汽车常用驱动电机的性能比较[13]近些年来，资源枯竭问题以及环境恶化、温室效应对传统的汽车、内燃机提出了新的考验，顺应时代的洪流，新能源汽车将在未来得到普及。现阶段被主要应用的四种电机也依旧存在着或多或少的各种缺陷。交流异步电动机在我国已形成了小规模的生产开发、服务系统，在开关磁阻电动机方面，更是拥有了自主研发的能力，永磁同步电动机被广泛应用于各种汽车，部分指标更是与国际先进指标接近，直流电机的设计与研发能够基本满足电动汽车的要求。虽然在目前，我国电机的生产开发技术与国际顶尖水平仍有不小的差距，处在一个初步研发、小规模生产的阶段，但随着晶体管技术、微电子技术的进一步发展，新能源汽车技术将会得到更大的提升，新能源汽车也无疑将在传统汽车的角逐下脱颖而出，成为市场的主导。随着科学技术的不断发展，包括电子晶体管技术等，我国的汽车工业进步巨大。因为国家科技项目与政策的不断改进，考虑到对全球变暖等世界危机难题的应对，电动汽车行业正在以飞速发展，尤其在关键零部件，如电池等，有良好的基础。我国将成为全球最大的电动汽车市场，在生产成本方面优势明显，且电力工业快速发展，未来的电力供应充足，资源获取也较为便捷，将为我国新能源汽车的发展提供重要的支持。作为新时代的青年，为祖国建设与奉献是我们义不容辞的责任，在新能源汽车方面，虽然存在着许多技术上的巨大挑战，但它也会带来超出想象的利益，不止在电子科技方面，在经济方面更是会推动经济建设与繁荣。而电机问题作为新能源汽车发展中的重要问题，需要我们持之以恒地研究，不断完善性能，使它适应新时代的要求。致谢本次毕业论文的完成包括各种资料的收集整理、论文的撰写、排版、反复修改等各个