浅析新能源汽车驱动电机的设计开发

黄亦文

（玉林市机电工程学校 537000）

0 引言

驱动电机是新能源汽车动力系统中的重要组成部分，侧重于将电能转化为动能，以满足新能源汽车运行需求。随着新能源汽车需求量与使用量的不断增多，驱动电机设计开发要求日渐提升。在保证电机可靠性、安全性的同时，提高驱动电机控制质量，增强新能源汽车节能减排、减耗增效作用，成为驱动电机发展的核心目标。以下是笔者对新能源汽车驱动电机的几点认识，意在抛砖引玉。

1 新能源汽车及其驱动电机设计开发的意义

新能源汽车研发的核心在于动力系统的设计开发，驱动电机作为动力系统中的重要组成部分，其驱动性能对新能源汽车核心性能指标存在直接影响。因此，加强驱动电机设计开发研究力度，优化驱动电机性能成为新能源汽车产业发展的客观需求与必然趋势。目前，新能源汽车较为常用的驱动电机主要有以下几种类型。

（1）永磁同步式驱动电机，具备体积小、功率密度高、响应速度快以及运行安全可靠等优势。

（2）交流异步式驱动电机，具备低成本、高可靠性优势，但相对永磁同步式驱动电机而言，功率密度相对较低，可控性不高。

（3）开关磁阻式驱动电机，具备成本低、结构简单等优势，但在运行过程中驱动电机控制系统相对复杂，运行噪声相对较大。

要想促进新能源汽车产业优化发展，落实《中国制造2025》、《“十三五”节能减排综合工作方案》相关要求，相关企业有必要加强驱动电机设计开发，进行驱动电机性能的优化，提升驱动电机产业化水平，助力驱动电机向高可靠性、高效率、低成本、轻质量、控制集约化以及控制智能化等方向发展[1]。

此外，我国虽然制定了相关标准，如QC/T 1068-2017《电动汽车用异步驱动电机系统》、QC/T 1069-2017《电动汽车用永磁同步驱动电机系统》，在一定程度上明确了驱动电机的设计开发要求，提出新能源汽车驱动电机系统构建与应用要点[2]。但从整体层面来看，由于我国关于新能源汽车驱动电机的研究起步较晚，设计开发能力仍存在诸多不足，与发达国家存在一定差距。对此，有必要加强新能源汽车驱动电机研究力度，提升驱动电机设计开发自主能力，助力我国电机行业、新能源汽车行业优化发展。

2 新能源汽车驱动电机设计开发的工作要点

基于我国的设计开发现状以及新能源汽车需求，可知新时期我国新能源汽车驱动电机设计开发工作要点如下。

2.1 驱动电机设计开发之功能完善

驱动电机与新能源汽车运行性能指标之间存在的关联性，决定着驱动电机功能完善与优化的重要性。加之，随着国际电机设计标准的深化改革，市场对电机功率密度、效率、过载能力、可靠性、调速范围、起动性能、开发应用成本以及转矩密度等都有了更高要求。传统驱动电机已经无法满足实际要求，达到国际电机设计标准。对此，在新能源汽车驱动电机设计开发过程中，需注重功能的创新与完善，提升电机综合能力，增强电机推广应用价值。

例如，综合分析各类型电机存在的优势，基于新材料、新技术运用，实现优势整合，设计出整体效益较强的驱动电机系统；根据驱动电机存在的问题，引入新结构、新材料进行问题改善。如永磁磁阻电机虽然具备功率密度高、可靠性高等优势，但转子磁障结构相对复杂，并一定程度上继承了同步磁阻电机转矩脉动上的缺陷。对此，根据永磁磁阻电机存在的问题，可进行电机结构优化设计，实现问题的有效处理，以改善永磁磁阻电机性能。

2.2 驱动电机设计开发之标准规范

在新能源汽车驱动电机设计开发过程中，要想提升驱动电机设计质量，实现我国电机设计标准与国际标准的有效连接，需注重新能源汽车驱动电机设计标准体系的构建，从而为相关部门、相关企业和相关工作人员实践操作，提供规范、系统、完整和全面的指导。同时要保证驱动电机由设计到制造再到应用过程中，产生的技术问题、生产问题、检验问题和管理维修问题能够得到有效处理。

在此过程中，相关部门应全面了解传统电机设计标准，掌握我国电机设计标准与国际电机设计标准存在的差距。与此同时，结合我国国情及制造发展要求，编制通用标准、基础标准和特殊标准，包括驱动电机系统接口标准、新能源汽车驱动电机安全性标准、驱动电机可靠性标准以及驱动电机电磁兼容性标准等。

2.3 驱动电机设计开发之体系构建

在新能源汽车驱动电机设计开发过程中，设计开发体系的科学构建是保证设计开发理念、方法等有效落实的前提与基础。因此，相关部门与企业在设计开发驱动电机过程中，需注重设计开发体系的有效构建，特别是评价体系的构建。能够根据驱动电机设计标准、设计要求和开发条件等，完善评价指标，指导相关工作人员利用评价方法与检验检测技术，对所设计开发的驱动电机进行性能评估与调控，包括驱动电机系统运行可靠性、安全性、系统结构精度、电机转矩密度、功率密度、能源节约情况及环境影响度等。

2.4 驱动电机设计开发之匹配设计

新能源汽车驱动电机的设计开发，也需要注重驱动电机使用的合理性、科学性和可操作性。这就需要相关企业保证所设计的驱动电机能够与新能源汽车其他系统相匹配，避免系统与系统、设备与设备之间存在矛盾，影响驱动电机应用效果。

在此过程中，相关工作人员首先应根据新能源汽车设计要求，进行电机参数配置，并根据电机参数进行电机选型。其次，以节能环保、降耗减排设计理念为指导，保证所设计开发的电机适用于其他系统工作需求，如冷却系等。此外，保证驱动电机系统与整车控制系统相匹配，提升驱动电机管控集成性、智能性，让驱动电机控制更具灵活性、可操作性，提高系统运行安全水平，降低新能源汽车事故发生率。

3 新能源汽车驱动电机设计开发的具体案例

就新能源汽车驱动电机发展情况来看，永磁同步式电机应用比重达到了83%以上，成为驱动电机市场发展的主流工艺。对此，本文以永磁同步式电机为例，以提高驱动电机性能为目的，提出一种适用性强、应用价值高，推广前景广阔的永磁辅助式同步磁阻电机设计思路。

在永磁辅助式同步磁阻电机设计开发过程中，首先采用对比分析法对新能源汽车动力系统特性进行研究并明确设计需求，了解驱动电机各项参数指标与新能源汽车性能之间存在的关系。研究发现，新能源汽车在起动过程中，对驱动电机转矩具有较高要求，需要驱动电机具备较宽的调速范围，并且在频繁工作区具备较高的工作效率，能够承受高温、频发振动等带来的影响。因此，驱动电机额定转速、峰值功率以及转矩（额定转矩、峰值转矩等）等是驱动电机设计开发所需关注的重要参数[3]。

其次，分析影响新能源汽车驱动电机特征的因素，包括驱动电机结构影响、驱动电机材料影响以及驱动电机参数间的影响等。并在此技术上，根据设计要求，进行电机结构的优化，电机材料的科学选用，电机参数的科学配置。在永磁辅助式同步磁阻电机设计中，采用稀土永磁材料为驱动电机设计开发主要材料，改善传统材料应用上存在的不足。设计中以降低结构复杂性和驱动电机弱磁效应为目的，确定电机结构为双层磁障结构，利用模型仿真法，分析磁障位置、宽度、形状及气隙长度等对电机性能的影响，从而确定最优磁障位置、宽度、形状和气隙长度等。

此外，对所设计的驱动电机性能进行测试，根据测试结果进行电机设计调整。另外，结合工作经验，明确永磁辅助式同步磁阻电机驱动控制器性能，并在此基础上，利用先进科学技术，构建驱动电机控制系统，以保证驱动电机控制器应用的准确与科学性，进一步优化驱动电机应用科学水平。

4 结束语

新能源汽车驱动电机性能的优劣直接决定新能源汽车品质，影响车辆运行的安全性、稳定性与可靠性。对此，在明确认知新能源汽车驱动电机发展和需求的基础上，应以科技创新为指导，进行驱动电机设计开发，规范设计标准、丰富设计内涵、提升设计与应用质量，助力新能源汽车产业的可持续竞争发展。