永磁同步电机效率、功率密度最优，新能源汽车使用率超90%

来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-11-22 16:43:15】【打印】【关闭】

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与一般工业用电机相比，新能源汽车内部安装空间有限，驱动电机的功率密度必须很高；运行环境恶劣，驱动电机需要适应-40~+105℃的温差变化以及剧烈震动。此外，驱动电机需要有4-5倍的过载能力以满足短时加速或爬坡的要求，并且在较宽的转速范围和扭矩范围内都要有比较高的效率，以提升续航里程。最后，新能源汽车数十万公里的设计里程对驱动电机的可靠性也提出了更高的要求。

汽车电机与一般工业电机的比较

目前，我国新能源汽车上使用的电机包括直流电机、永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机4种类型。

直流电机技术上最简单，早期的新能源汽车使用的比较多。由于其维护成本高、可靠性差、效率和功率密度都最低，因此应用范围逐渐缩小，目前主要是用在低速电动车上。

交流异步电机结构简单可靠、成本低、控制系统较为成熟，逆变器损坏而产生短路时也不会产生反电动/急刹车，尤其是在高速运转时的效率不低于永磁同步电机，适合高速公路行驶条件。缺点是高效区窄，并且功率密度低于永磁同步电机。在高速公路具有一定规模的美国，交流异步电机应用较多，在我国多用于新能源客车。

交流异步电机主要部件拆分图

研究报告永磁同步电机应用了高磁能积、高矫顽力的稀土烧结汝铁硼永磁材料。永磁材料的磁性能优异，经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的外加磁场，可以达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能。因此，永磁同步电机具有效率高、高效区宽、功率密度高、体积小等多方面优点，效率、功率密度是四种电机中最高的。但其结构和控制复杂，在可靠性和成本方面不如交流异步电机。类型方面，永磁同步电机在混合动力和纯电动的新能源汽车中应用都很广。

永磁同步电机结构

开关磁阻电机结构

行业研究永磁同步电机在设计、制造和原材料采购等方面都存在较高的技术难度。首先，在设计时应注意防止退磁。永磁同步电机在大电流、高温或剧烈振动的情况下，会产生不可逆退磁，进而导致性能的大幅下降。电机厂商在设计时需要综合考虑电枢反应、电磁转矩和永磁体退磁三者之间的关系，适当增大永磁体的厚度，并设计转子内部的通风回路，以防止退磁现象的发生。其次，制造难度大。车用永磁同步电机的机壳要经过铸造、机加工、焊接等加工步骤，并经受住高压力、剧烈环境变化和震动的铝焊接工艺。定子需要采用分段式拼接结构，并使用自动绕线机进行绕组的嵌线以提升成品率和生产效率，此外对铁心叠装工艺的要求也较高。在为转子镶嵌高性能汝铁硼磁钢时需要整体充磁技术。最后，原材料需要高性能汝铁硼和更薄的硅钢片。车用永磁同步电机使用的硅钢片要比工业电机更薄、损耗更小。此外，永磁同步电机需要大量使用高性能的稀土永磁材料钕铁硼，获得稳定可靠的汝铁硼供应对于电机厂商来说也是一大难题。

永磁同步电机的制造成本受稀土价格波动的影响很大。因此日本等稀土储量较少的国家开发出了对稀土依赖较低的开关磁阻电机。开关磁阻电机的主要特点是可靠性高，成本低于永磁同步电机但高于交流异步电机，效率和功率密度与交流异步电机持平。因噪音大、震动大，开关磁阻电机实际的应用案例也很少。

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