永磁同步电动机在纯电动汽车上的应用研究

摘要：介绍了纯电动汽车对电动机性能的基本要求，结合传统直流串激电动机的工作特性，说明了永磁同步电动机工作特性的优点，并对永磁同步电动机的节能潜力和经济效益进行了相关分析，为永磁同步电动机在纯电动汽车上的应用提供了一定的依据。

Abstract： This paper introduces the basic requirements for electric motor performance of pure electric vehicles， combines the working characteristics of traditional DC series motors， illustrates the advantages of working characteristics of permanent magnet synchronous motors， and relates the energy saving potential and economic benefits of permanent magnet synchronous motors. The analysis provides a certain basis for the application of permanent magnet synchronous motors in pure electric vehicles.

关键词：纯电动汽车;永磁电机;节能;经济效益

Key words： pure electric vehicles;permanent magnet motor;energy saving;economic benefits

0  引言

随着不可再生能源的日渐枯竭，加之煤炭、石油等能源给环境造成的污染与破坏，能源危机与节能环保问题越来越引起人们的关注。汽车是现代文明的产物，给人们的出行带来了极大的便利，但汽车尾气恰恰是雾霾形成的重要因素，对环境造成了很大污染，故开发新能源汽车替代传统燃油车已成大势所趋。欧美及日本等发达国家率先投巨资开发纯电动汽车，尤其是日本开发的Prius及nsight电动车取得了不错的成绩，一经销售就得到了广大消费者的认可。纯电动汽车是一种机电一体化设备，集成了电子技术、计算机技术、通信技术、传感检测技术等交叉的系统技术。作为纯电动汽车的驱动核心，电动机性能好坏直接影响着整车的质量优劣，故对永磁同步电动机性能参数选用基本原则的分析、性能参数整定计算方法的确定，以及永磁同步电动机交流伺服系统的原理分析与应用前景展望显得尤为重要。

1  纯電动汽车用电动机性能要求及性能参数选用原则

电动机作为纯电动汽车的驱动核心，在整个纯电动汽车驱动系统中尤为重要。故要求能够满足频繁启停、频繁加减速以及在低速或爬坡阶段有较大扭矩的输出，在高速行驶时有较低的扭矩输出等，且需具有较大的变速范围。其主要性能参数包括电动机类型、效率、尺寸及机械特性等。

①高电压。在不超过允许范围情况下，采用高电压输电，可以减小电流传输过程中的损耗，提高效率，更重要的是可以缩小逆变器的尺寸，使电驱动系统布置更加灵活。

②质量轻。电动机应采用铝合金外壳，以减轻整车的质量，使车可以更加便捷的高速行驶，提高整车变速范围。

③效率高。电动汽车应具备最大的能量利用率，尽可能的提高续驶里程，并且要具有能量回收再利用功能，回收能量至少占总能量的10～20%。这是燃油车所不具备的。

2  永磁同步电动机与直流串激电动机的性能比较

2.1 安全性

直流牵引电机制动过程中依靠的是机械摩擦制动，制动距离长、时间长;而永磁同步电机制动过程依靠的是电气制动，制动迅速，反应时间短，相同条件下，短距离、短时间内迅速完成制动，安全性更高。

2.2 可靠性

直流牵引电机结构复杂，线圈容易发热烧损，可靠性低，故障率比较高;永磁同步电机线圈采用稀土材料及硅钢片等组成，线圈不易发热烧损，使用故障率要明显低于直流牵引电机，故可靠性高。

2.3 调速性能

直流牵引电机的转速易受负载影响，下坡轻载运行时容易发生飞车事故;而永磁同步电机的转速为无极调速，调速过程均匀平稳，并可限制电机最高转速，故在下坡轻载运行时也不会发生飞车事故。

通过以上比较可以看出，永磁同步电机较一般传统异步电机具有更优越的性能参数。

3  永磁同步电动机的节能潜力与经济效益

根据国内外的调查，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，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会对能源的节约带来显著的效果。

据统计，国家在2006年和2007年的电动机生产量达到了2.5亿kW，中小型电机的年耗电量约占总发电量的50%，再加上一些行业大型电机的耗电量，这个比值约可以达到60%，是电力部门绝对的大客户，如果电机的平均效率提高一个百分点，每年就可为国家节省1833万kW的电能，大约可节省1100万元左右，同时还可减少约663万kW的碳排量。故采用高效的永磁同步电机作为以后工业等领域的动力源从整个国家政策的导向及市场的需求上看都是一般传统异步电机无法比拟的。

4  结论

本文通过介绍纯电动汽车对电动机性能的一般要求及电动机性能参数选用的基本原则，提出了永磁同步电机主要参数整定计算方法，确保了其运行的可靠性和稳定性，通过分析永磁同步电机相比一般传统异步电机的优势及节能潜力和经济效益，永磁同步电机在纯电动汽车上有更好的应用前景。

参考文献：

[1]曹玉华.引风机高压电机保护整定的研究计算[J].电子世界，2016（6）：86-87.

[2]李秀英.国际电动机能效标准最新进展[J].电机与控制应用，2007，34（11）：64-68.

[3]艾波.永磁同步电机轴电压和轴电流研究[D].重庆：重庆大学，2014.

作者简介：拜颖乾（1984-），男，陕西渭南人，陕西铁路工程职业技术学院讲师，硕士，研究方向为流体传动与控制、电动机控制原理及数字图像处理技术等。