关于电动汽车用电机的选型探讨

摘 要：电动汽车设计中很重要的一环就是选择电驱动电机，电机类型、功率、效率、转速、峰值功率等的选择直接影响电机成本及整车成本，甚至影响电池选型及电池PACK等。本文将从动力计算的角度，并综合考虑各种电机的特性的前提下探讨了在电动汽车设计时如何进行电机的选型设计。

关键词：纯电动汽车；电动机；性能参数

1 概述

纯电动汽车的心脏是电驱动系统，电气与机械是电驱动系统的两个部分，纯电动车辆只有一个动力元件即电动机，功率转化器起着调节能量源之间能量流动的作用，电机的性能决定着电动汽车的性能，确定电机类型与参数并选择合适的电机对开发整车至关重要，本文主要对电动汽车设计阶段的电机选择进行探讨，以提高电动汽车的动力性与经济性。

2 电动汽车用电动机的选择

电机驱动系统是电动汽车的核心，电动汽车的电动机应性能优越，一般而言应具备瞬时功率大，过载能力强，加速性能优越，较长的使用寿命等特点。此外，电动机的调速范围应较宽，特别是恒转矩区与恒功率区。电动机还应满足在不同环境下长期工作的条件，结构不应复杂，便于维修，价格适中。驱动电机决定着电动汽车的驱动系统性能，电动汽车在选择电动机时，应遵循以下原则：①性能高，重量轻、尺寸小；②电磁辐射小；③价格适中，维修方便；④宽转速，高效率。当前电动汽车的主流驱动系统为交流驱动系统，异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机是常见的交流驱动电机。其中异步电机工作高效区范围小，功率因数低，同等功率下所需逆变器容量大，但其具有结构简单，运行可靠，调速范围宽且无需使用昂贵的稀土资源等优点，因此在电动汽车驱动系统中也有应用。而永磁同步电机虽然采用了稀土永磁体成本高，调速范围相对较窄，但其具有效率高，功率密度大，运行可靠等特点，也不失为一款节能选择。而开关磁阻电机因其控制系统复杂，存在较大的转矩波动以及噪声，因此目前还处于研发阶段，技术尚未成熟。

3 电动汽车驱动电机性能参数确定

3.1 最高车速下，电机的额定功率

P=

mgf+U（1）

在（1）式中，P是电机的额定功率，单位是KW；η是电机的传动系效率；C是风阻系数，m是电动车的最大车重，单位是Kg；f是滚动摩擦系数；A是电动汽车的迎风面积，单位是m2，Umax则是电动汽车的最高车速，单位是km/h。

3.2 电机的额定/最高转速的确定

电机的额定转速一般是根据在车辆持续工作时速度，采用如下公式折算： n=（2）

在（2）公式中，n为电机的额定转速，单位是r/min；i是电机的传动比；i是电机的主减速比；μ是电机的常规车速，单位是km/h；r是滚动车轮半径，单位是m。同理，在计算电机最高转速时只需将最高车速代入时（2）计算即可。根据计算得到的最高转速和额定转速即可确定电机的速比，然后根据速比大小选用适用的电机。

3.3 电机额定转矩为额定功率 在按照以上步骤确定电机的类型，以及额定功率和转速后，采用如下所示公式即可得到电机的额定转矩：M=（3）

此后需根据电机额定点校核电机效率和高效区范围，以确保电机工作时处于效率较高的特性区域内，从而提高能量利用率，增加车辆续航里程。

3.4 电机爬坡扭矩的计算 假设电动汽车匀速爬坡，电动汽车所受阻力项中无加速阻力，则电机的驱动力应满足：Ft=Ff+Fw+Fi（4）

在公式（4）中，Ft为电动汽车所受阻力；Ff为电动汽车行驶时的滚动阻力；Fw位电动汽车行驶时的空气阻力；Fi为电动汽车行驶时的坡道阻力。由电机输出轴转矩与电动汽车驱动力关系，可得：

M=（5）

3.5 电机加速扭矩的计算 根据设计要求，电动汽车需满足一定的加速性能，则电机的驱动力应满足：Ft=Ff+Fw+Fa（6）

在公式（6）中，Fa为电动汽车行驶的加速阻力，其余参数含义同式（5）。将按（6）计算得到的加速牵引力代入式（5）即可得到电机在满足加速性能的条件下所需的最大扭矩。电动机性能有连续工作性能与短时工作性能之分，根据电机的额定值可以确定电机的连续工作特性曲线。根据电机的爬坡转矩和加速转矩的计算，则可得到电机的短时工作特性曲线，并确定出电机的过载倍数，然后再根据过载倍数要求确定所选电机的类型及最大外特性参数。由公式（1）-（6）可得：电动汽车的最高车速应根据用电机的额定工况计算；电动汽车的最大爬坡度和加速性计算应以用电机的短时工作性能曲线为根据，计算结果取大值；电机的额定转速决定电动汽车的续航车速，根据公式（2）即可求得；电机连续工作性能曲线的等功率段为电动汽车最高车速功率的平衡点位置。根据以上初步分析和计算即可得到电动汽车电机类型的初步参数要求，在此基础上进行电机设计后可进一步根据电机的效率Map和整车的工况进行仿真分析，并进一步优化，最终确定电机的详细参数。

4 结论

电动汽车的核心部分即电机驱动系统，电动机的选型对电动汽车整车设计至关重要。在选择电动机时，首先应根据整车性能设计要求，确定电机的基本参数，然后根据整车速比和过载能力要求确定电动机种类，最后进行优化分析。此外，电机在选型和结构设计中还需充分考虑底盘结构件对电机的接口尺寸、可靠性和散热能力的要求，因这些参数同整车布置，动力系统布置和冷却系统的设计相关，本文将不再展开论述。

参考文献：

[1]徐林勋，赵小羽，张送. 纯电动汽车驱动电机选型方法研究与计算界面设计[J]. 机电产品开发与创新，2014，02：37-39.

[2]李周清，李婷婷，纪小庄. 电动汽车用永磁同步电机的选型研究[J]. 微特电机，2015，06：50-54.

[3]林仕供.电动汽车常用驱动电机类型的特性及选型分析[J].汽车实用技术，2014，12：46-48.

作者简介：程波，男，1974/7月，重庆市江津区人，汉族，重庆瑞驰汽车实业有限公司，主要从事电动汽车驱动系统的集成开发与研究。