11---新能源汽车--电动机(1)

电动汽车的电池讨论的比较多，但是同样重要的还有电机和电控。究其原因：一方面是关于动力电池技术的发展上，不时有新技术与新热点出现，容易吸引媒体与读者的注意。而电机电控方面，新技术新热点则少之又少；二是在电机电控领域，尤其是在电控领域，国内供应商还处于一个相对初级的阶段，所研发的产品还无法达到国际领先水平，这也极大的限制了广大消费者们对电机电控技术的关心。所谓电机，顾名思义，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。电机主要由转子，定子绕组，转速传感器以及外壳，冷却等零部件组成。在新能源汽车领域，永磁同步电机被广泛使用。所谓永磁，指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。永磁同步电机•转子总成（转子）定子总成（定子）线圈（铜）定子芯（铁）外壳（铝）永久磁铁转子芯（铁）轴（铁）1）构造固定侧缠有3相线圈，转子侧配置有永久磁铁，所以不需要整流子和电刷｡2）工作原理当线圈内有交流电流经时，每转动半周交流电的流向就会发生改变，线圈磁极的极性也会发生变化，故转子（永久磁铁）会旋转。3）发电机与电动机的差异发电机会使转子转动并让其从线圈发电，电动机通过在线圈内流经电流使转子转动｡总而言之，线圈内有电流流经的话就会成为电动机，转子会发生转动。转子转动的话就会成为发电机，线圈产生电动势。（再生）永磁同步电机的最大优点具有较高的功率密度与转矩密度，相比于其他种类的电机，在相同质量与体积下，永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。在对空间与自重要求极高的新能源汽车行业，永磁同步电机是广大汽车制造商首选的主要原因。异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注与同步电机相比起来，电机转子的转速总是小于旋转磁场（由定子绕组电流产生）的转速。因此，转子看起来与定子绕组的电流频率总是“不一致”，这也是其为什么叫异步电机的原因。异步电机异步电机的优点：成本低，工艺简单。异步电机的缺点：其功率密度与转矩密度要低于永磁同步电机。而特斯拉ModelS为何选用异步电机而不是永磁同步电机，除了控制成本这个主要原因之外，较大的ModelS车体能够有足够空间放的下相对大一点的异步电机，也是一个很重要的因素。轮毂电机也是新能源汽车电机应用的一个热点。轮毂电机的最大特点就是，把车辆的动力装置、传动装置以及制动装置都整合一起到轮毂内。相比传统动力装置而言，轮毂电机的优点显而易见，由于省了大量的传动部件，车辆结构也相对简单；在电机的同步控制，涉水密封等方面，轮毂电机依然还有很多问题需要解决。电控单元相当于传统汽车的ECU，是电动汽车上对高压零部件实现控制的主要执行单元。除了电机控制以外，对车载充电机，DC-DC单元等相关组件的控制，同样也是由电控单元来实现的。电控单元的核心，便是对驱动电机的控制。动力单元的提供者--动力电池所提供的是直流电，而驱动电机所需要的，则是三项交流电。因此，电控单元所要实现的，便是在电力电子技术上称之为逆变的一个过程，即将动力电池端的直流电转换成电机输入侧的交流电。为实现逆变过程，电控单元需要直流母线电容，IGBT等组件来配合一起工作。当电流从动力电池端输出之后，首先需要经过直流母线电容用以消除谐波分量，之后，通过控制IGBT的开关以及其他控制单元的配合，直流电被最终逆变成交流电，并最终作为动力电机的输入电流。通过控制动力电机三项输入电流的频率以及配合动力电机上转速传感器与温度传感器的反馈值，电控单元最终实现对电机的控制。除了对电机实现控制以为，电控单元也是车载充电机，DC-DC单元等组件的主控制机构。充电与电机控制正好相反，需要把电网提供的交流电转换成动力电池的直流电，也就是在电力电子学上称为整流的过程。而DC-DC单元，则是实现通过动力电池为12V电池充电的过程，电控单元需要把动力电池端的高压，转换成12V电池的低压端，用以最终实现为新能源汽车充电。故障模式的确认原则1、原则上应以驱动电机（以下简称电机）、电机控制器的零部件及二者之间的连线的故障模式来描述故障。2、难以用零部件的故障模式描述或无法确认是某一零部件发生故障时，可以用上一级部件直至驱动电机或电机控制器的故障模式进行描述。3、表现为驱动电机系统综合功能或性能方面的故障，则以驱动电机系统的故障模式进行描述。4、由于某一个故障导致关联性故障发生，应以导致的级别最高的故障划分类别。5、对于所发生的故障进行判别分类时，如果故障发生延伸，则根据第5章分级定性判别。故障分类根据故障的危害程度，故障可分为1、致命故障2、严重故障3、一般故障4、轻微故障四级故障特性描述见表1。故障模式见附录A，故障模式分类举例见附录B。1.损坏型故障模式损坏型故障模式主要包括：——断裂：具有有限面积的几何表面分离。发生位置如控制器的壳体、电机机座、端盖等。——碎裂：零部件变成许多不规则形状的碎块的现象。发生位置如轴承、转子花键等。——裂纹：在零部件表面或内部产生的微小的裂纹。发生位置如控制器的壳体、电机机座、端盖等。——开裂：焊接处、饭金件、非金属件产生的可见裂纹。发生位置如绝缘板、接线板、电缆线等。——点蚀：零部件表面产生的点状剥蚀。发生位置如电机花键。——烧蚀：零部件表面因局部熔化而发生的损坏。发生位置如断路器。——击穿：绝缘体丧失绝缘，出现放电现象，造成损坏。发生对象如电机绕组、电容、功率器件等。——变形：零部件在外力作用下改变原有的形状的现象。如电机转轴的弯曲或扭转变形，控制器外壳的变形等。——压痕：零部件表面产生的凹状痕迹。如转子花键表面的压痕。——烧损：由于运行温度超过零部件的允许温度，且持续一定时间，造成全部或部分功能失效。发生位置如定子绕组、功率器件、电容、电路板、风机电机等。——磨损：由于摩擦使相互配合零件表面磨蚀严重而影响该对零部件正常工作的物理现象，或非配合零部件表面磨蚀严重而影响其中一个零部件正常工作的物理现象。如电缆线、连接线等。——短路：电路中不同电位之间由于绝缘损坏发生线路短路。2、退化型故障模式退化型故障模式主要包括：——老化：非金属零部件随使用时间的增长或周围环境的影响，性能衰退的现象。如绝缘板、密封垫、密封圈等的老化。——剥离：金属、非金属或油漆层以薄片状与原表面分离的现象。——异常磨损：运动零部件表面产生的过快的非正常磨损。如转子花键的磨损。——腐蚀：外壳、电连接器、电路板的氧化、锈蚀。——退磁：永久磁体退磁。3、松脱型故障模式松脱型故障模式主要包括：——松动：连接件丧失应具有的紧固力或过盈失效。如连接螺栓、轴承、转子铁心等。——脱落：连接件丧失连接而造成的零部件分离的现象。如悬挂点的连接等。4、失调型故障模式失调型故障模式主要包括：——间隙超差：触点间隙或配合间隙超出规定值而影响功能的现象。如：接触器、轴承等的间隙超差。——干涉：运动部件之间发生相碰或不正常摩擦的现象。如：风机叶片与风罩、速度传感器与齿盘、电机定子与转子之间的干涉等。——性能失调：关键输出量不稳定。如输出转矩、转速的振荡、不稳定。5、堵塞与渗漏型故障模式堵塞与渗漏型故障模式主要包括：——堵塞：在管路中流体流动不畅或不能流动的现象。如：液冷电机和控制器的管路。——漏水：在密闭的管道及容器系统中，有液体成滴或成流泄出的现象。——渗水：在水密闭的管道及容器系统中，有液体痕迹，但不滴落的现象。6、性能衰退或功能失效型故障模式性能衰退或功能失效型故障模式主要包括：——性能衰退：在规定的行驶里程或使用寿命内，电机及控制器的性能低于技术条件规定的指标的现象。如最大输出转矩、功率出现明显下降造成整车动力性能下降。——功能失效：由于某一局部故障导致电机或控制器某些功能完全丧失的现象。——公害限值超标：产品的噪声超过规定的限值。——异响：电机或控制器工作时发出非正常的声响。——过热：电机或控制器的整体或局部的温度超过规定值。电动大巴轮边减速电机驱动桥总成，完全替代了“传统”的电动机和减速器驱动解决方案。电动大巴K9的驱动桥采用空气悬架。减速器与轮边电机以及盘式制动分泵的驱动总成技术级别更高一些的则是采用轮边减速系统与轮毂电机整合在一起的动力解决方案。如目前正在量产的K9系列电动大巴。采用轮边电机集成减速的驱动系统的后轮驱动设定。这样的好处则是将电动机与减速器融入到驱动桥上，采用刚性连接、减少高压电器数量和动力传输线路长度。优化后的驱动系统可降低车身高度、提高承载量、提升有效空间，增加公交运营性价比。但是不足的是轮边减速系统的可靠性，电动机小型化需要大量的研发投入，技术提升成本更高。K9的轮边电机与减速器的横截面特写：可看到减速器齿轮以及轮毂内部的轴承。整套驱动系统的核心：轮边电机。