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電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電動機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件(電池、電動機、電控)之一，其驅(qū)動特性直接決定汽車行駛的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標(biāo)，是電動汽車的重要部件。

1、新能源汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)概述

新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)包括電動機和電子控制器，電池是其能量供給單元。

新能源汽車電動機驅(qū)動系統(tǒng)

控制器主要由功率模塊（電源的電子開關(guān)線路）和控制模塊（包括微處理器和相應(yīng)軟件）組成，控制器的作用是將動力源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電動機運行的另一種形式的電能，控制器本質(zhì)上是一個電能變換控制裝置?？刂破鬟x擇恰當(dāng)時，驅(qū)動系統(tǒng)的性能取決于電動機。

電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它被廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油、煤炭、化工、航空、交通、農(nóng)業(yè)等各種行業(yè)。

電動機應(yīng)用場景

常見的電動機分類及其種類如下：

常見的電動機中適用于電力驅(qū)動的電動機的分類見下表：

電動機性能類型分類表

新能源動力汽車的特點是將不同類型的能源轉(zhuǎn)換為電能，電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，并通過傳動系統(tǒng)將機械能傳遞到車輪驅(qū)動車輛行駛，電動機在動力系統(tǒng)中的位置如下圖所示。

新能源汽車電動機的位置示意圖

①純電動汽車對電動機的要求

電動汽車對電動機的要求是功率和轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足電動車輛動力性能的要求，適應(yīng)車輛頻繁的起動、加速、制動減速和倒車的運動要求；一般要求電動機能承受2~4倍的過載，并能實現(xiàn)四象限的運轉(zhuǎn)和高效回收車輛在制動是的反饋能量；電動機工作電壓高、轉(zhuǎn)速高可以提高電動機的比功率，減小電動機的尺寸、降低重量和有利于在車輛上的安裝布置；電動機具有良好的可靠性、耐溫、耐濕，結(jié)構(gòu)簡單維修方便。

純電動汽車結(jié)構(gòu)示意圖

②混合動力汽車對電動機的要求

混合動力汽車對電動機的要求是電動機可單獨驅(qū)動汽車行駛，在市區(qū)實現(xiàn)零排放。電動機在汽車啟動、加速、大負(fù)荷運行時可以與發(fā)動機共同驅(qū)動汽車，在減速制動時以再生模式工作，起回收制動能量作用，與發(fā)電動機功能相同。

混合動力汽車結(jié)構(gòu)示意圖

電動機性能要求匯總

2、直流電動機

直流電動機分為定子與轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間由空氣隙分開。定子包括主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。

直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

直流電動機工作原理：直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如下圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是N極有效邊的電流方向向里，S極有效邊的電流方向向外。電動機電樞繞組通電后受力(左手定則)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反，也稱為反電動勢。雖然電流方向使交替變化，但線圈所受電磁力的方向不改變，因而線圈可以連續(xù)地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

直流電動機工作原理圖

3、三相異步感應(yīng)電動機

三相異步感應(yīng)電動機（Three-Phase Induction Motor）是一種常見的電動機類型，廣泛用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中。它是一種非同步電動機，因為其轉(zhuǎn)子的運動速度略低于旋轉(zhuǎn)磁場的速度，因此被稱為"異步"電動機。

三相異步電動機的結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要由定子、轉(zhuǎn)子、機座、支架、外殼、風(fēng)扇罩和冷卻風(fēng)扇等組成。感應(yīng)式電動機轉(zhuǎn)子與定子之間沒有任何電氣上的聯(lián)系，能量的傳遞全靠電磁感應(yīng)作用。

三相異步電動機

①繞組旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

假定三相異步電動機定子繞組的連接方法為星形連接，單個繞組的始端分別為ABC；末端分別為XYZ。三相對稱繞組分別為AX、BY、CZ并接在三相正弦交流電源上，通入三相交變電流。

三相交流電波形與在定子繞線形成測旋轉(zhuǎn)磁場

一般規(guī)定，電流為正值時從繞組的始端流入（A、B、C端），從繞組的末端流出（X、Y、Z）；為負(fù)值時相反。據(jù)此規(guī)則，可得到三相電流產(chǎn)生的磁場隨時間變化的關(guān)系。

②異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向與通入繞組的三相交流電相序有關(guān)。任意對調(diào)兩根三相電源街道定子繞組上的導(dǎo)線，就可以改變異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向。

③異步電動機的工作原理

三相異步感應(yīng)電動機的工作原理基于法拉第的感應(yīng)定律。當(dāng)交流電流通過定子的三個繞組時，會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場不斷切割轉(zhuǎn)子中的閉合導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，再由轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流和旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場的方向同向運轉(zhuǎn)。在異步電動機中，為保持旋轉(zhuǎn)磁場始終切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。

籠型異步電動機轉(zhuǎn)子繞組電流方向

4、永磁同步電動機

永磁同步電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一種常見的電動機類型，廣泛用于新能源汽車、工業(yè)應(yīng)用、家用電器等領(lǐng)域。與其他類型的電動機相比，PMSM在效率、功率密度和動態(tài)性能方面具有優(yōu)勢。

PMSM的核心是永磁體，通常是強磁性材料（如永磁鐵礦物）制成。在PMSM中，永磁體產(chǎn)生一個固定的磁場，而電流通過電動機的繞組產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個磁場之間的相互作用導(dǎo)致電動機的旋轉(zhuǎn)運動。

PMSM通常與一個控制系統(tǒng)配合使用，控制系統(tǒng)監(jiān)測電動機的狀態(tài)（例如電流、速度、位置）并根據(jù)需要調(diào)整電流來控制電動機的運行。這種精確的控制使得PMSM可以在各種負(fù)載條件下提供高性能。

混合動力汽車永磁同步電動機分解結(jié)構(gòu)

5、磁阻電動機

磁阻電動機（Reluctance Motor）工作原理基于磁阻力，而不是永磁或電磁感應(yīng)，通常不需要永磁體或電磁繞組，因此在某些應(yīng)用中具有高可靠性等優(yōu)勢。

磁阻電動機利用轉(zhuǎn)子磁阻不均勻而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的小功率同步電動機，又稱反應(yīng)式同步電動機。它不依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流所產(chǎn)生磁場的相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而是依靠“磁阻最小原理”產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

開關(guān)磁阻電動機結(jié)構(gòu)

磁阻電動機的工作原理基于磁阻力或磁阻效應(yīng)。這種效應(yīng)利用了磁場中磁路的不同磁導(dǎo)率（磁阻）會導(dǎo)致磁場線路更容易通過具有較低磁導(dǎo)率的區(qū)域，而在具有較高磁導(dǎo)率的區(qū)域中更難通過的事實。電動機的轉(zhuǎn)子通常具有一些不同形狀的鐵芯，這些鐵芯可以通過控制電流來調(diào)整磁場的分布，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

磁阻電動機的應(yīng)用范圍相對有限，主要用于特定的高溫和高可靠性應(yīng)用，例如空間探測器、核電站等。

總而言之，新能源汽車的驅(qū)動系統(tǒng)依賴于電動技術(shù)，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛有很大的不同，新能源汽車的發(fā)展正在不斷推動電動技術(shù)和電池技術(shù)的進(jìn)步。新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的研究具有重要意義，它不僅能夠推動汽車產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)、低碳方向發(fā)展，減少對有限化石燃料的依賴，還有助于減少環(huán)境污染和氣候變化的影響。