驱动电机的发展现状及未来趋势

1. 驱动电机的发展现状与不足

现阶段，驱动电机及其控制系统呈现多样化的趋势，不同类型的电动机驱动系统在新能源汽车方面都有应用，整体而言，直流驱动系统会逐渐淘汰，交流驱动是新能源汽车的主流驱动形式。各种交流驱动电机的综合指标只在伯仲之间，各有侧重。目前，以交流感应电动机、永磁同步电动机和无刷直流电动机应用居多，技术相对成熟，开关磁阻电动机正在不断地探索和开发中。永磁电动机（包括永磁同步电动机和无刷直流电动机两种）因其高功率密度、高效率、结构多样化等优点令其发展前景更为广阔。各种不同的驱动电机要想在未来的新能源汽车驱动系统中占有一席之地，除了对电动机的结构进行优化设计外，还应运用创新思维以突破传统观念的束缚，对电动机本体进行改进，使之更适合新能源汽车驱动系统的要求。

随着电力电子技术、控制理论的发展，使得交流电动机的调速性能大大提升，特别是进入20世纪80年代，交流电动机及其控制系统已逐步取代直流驱动系统。目前，国外各大公司研制的驱动系统基本上都采用交流驱动系统。20世纪80年代之后，美国的福特汽车公司就和通用电气公司合作，研究交流驱动系统用在电动汽车上的可行性，德国、日本同时也在进行着电动汽车交流驱动系统的研究，他们得到一致的结论，认为交流驱动系统同直流驱动系统相比在性能上具有绝对的优势，交流驱动系统具有更广泛的应用前景，高质量的新能源汽车应采用交流驱动。目前，交流驱动系统主要采用交流感应电动机驱动系统或是永磁同步电动机驱动系统，也有部分电动汽车采用开关磁阻电动机的交流驱动系统。

2. 驱动电机的未来趋势

交流感应电动机由于结构坚固，当设计成高速运行时可以获得较小的体积，并且可以通过优化控制策略获得较高的效率，所以新能源汽车越来越多地采用交流感应电动机驱动系统。国外对这种驱动系统的研究已取得了一定的成果，我国在这方面的研究才刚刚起步，需要解决控制系统性能、效率、质量和体积等一系列问题，以实现系统性能可靠、体积小、质量小、结构紧凑的目标，向高集成化和全数字化方向发展。而永磁电动机在各方面的性能也很优异，我国是稀土大国，稀土存储量约占世界稀土储藏量的3/4，研究和开发稀土永磁材料及其驱动器件，不仅能促进我国高新技术的发展，获得巨大的经济效益和社会效益，并且能对深入开发稀土材料的性能、推动我国稀土事业的发展产生深远的影响。目前永磁电动机有较大范围的应用，控制技术也很成熟，现在和将来的很长一段时间内，永磁电动机将有更广泛的应用和发展。丰富的稀土储藏量将对永磁电动机的发展和推广有很好的促进作用。

轮毂电机的应用越来越广泛。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活，可以使用两个前轮驱动、两个后轮驱动或四轮驱动。轮毂电机改变了内燃机传统的驱动方式，每个驱动轮都是由独立的电动机驱动，这与传统内燃机汽车机械传动的驱动方式有本质的不同，更加有利于实现机电一体化以及应用先进的控制技术。与内燃机汽车和单电动机集中驱动方式相比，使用轮毂电机驱动系统的汽车具有以下优势：

① 动力控制由硬连接转变为软连接。通过电子线控技术，实现各驱动轮从零到最大速度的无级变速和各驱动轮之间的差速要求，从而简化了传统汽车所必需的机械式操纵换挡装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等部件，使驱动系统和整车结构更加简单，提高了传动系统效率，释放了车载空间。

② 各驱动轮的驱动力可独立控制，使其动力学控制更加方便、灵活，能合理控制驱动力输出，从而提高在恶劣路况下的行驶性能。

③ 易于实现各驱动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。

④ 底盘结构大大简化，使整车布置和车身设计的自由度增加。若能将底盘承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

若在采用四轮驱动系统的车辆上导入线控四轮转向技术（4 WS），实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加转向灵活性。

轮毂电机因其布置方便、动力控制灵活、易于实现制动和能量回收、能够节省车身控制、车身设计自由度高、简化传动系统等优点，将是驱动系统发展的一个重要方向。其他形式的驱动系统有可能被其取代。轮毂电机在新能源汽车上的应用如表1-2所示。国外最新推出的如凯迪拉克Provoq概念车，国内的长安E301概念车，都采用了轮毂电机，同时轮毂电机也是这些车型的一大亮点。

表1-2 轮毂电机的应用

续表

未来驱动电机的发展趋势：采用新技术、新结构、新材料、新工艺，克服换向、绝缘、噪声和振动等方面的问题；利用新的设计和制造技术，提高电动机的设计和制造水平，从而提高电动机的换向性能；缩小尺寸，减小质量，提高极限容量，适应新能源汽车的动态性能、可靠运行以及特殊工况下的特殊要求或更好要求。总体而言，驱动电机将重点发展（包括目前已经研发并用于产品的）交流电动机、永磁轮毂电机和开关磁阻电动机。尤其是永磁轮毂电机，因其优越的性能将是驱动电机发展的一个重要方向。