新能源汽车电机详解课件.ppt

1、2020/12/27新能源汽车新能源汽车电机详解电机详解（2）2019年2020/12/27 电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍 电机详解电机详解CONTENTS2020/12/27电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍 西门子（SIEMENS）大陆集团（Continental）日立（HITACHI）比亚迪（BYD）/012020/12/274电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍西门子（西门子（SIEMENS）创立于1847年的德国西门子股份公司，该公司专注于电气化、自动化和数字化的电子电气工程领域让电动交通变为现实：130多年前维尔纳冯西门子（Werner von Siemens）建造了第一

2、条电气铁路，此后西门子的电气驱动成功在各个行业中站稳脚跟。如今，西门子为纯电动和混合动力汽车开发出了创新零部件从电机到充电技术，西门子将在电气驱动技术方面的悠久历史引入了电动汽车业2020/12/275电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍西门子（西门子（SIEMENS）西门子的产品着重于使用电力以及混合动力驱动的电机，功率范围从30 kW 到 170 kWSIVETEC 感应电机，通过创新，SIVETEC 感应电机达到更高的功率密度，可到95%SIVETEC 永磁电机，永磁同步电机能效高达 96%，是空间狭小但动力要求高的应用的最佳解决方案该公司合作企业为法雷奥、上海申沃客车、绿驰汽车、北汽新

3、能源、沃尔沃汽车、起亚汽车、大众汽车、威马汽车2020/12/276电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍大陆集团（大陆集团（Continental）创始于1871年，是具有百年历史的跨国性企业集团，全球500强，是世界领先的汽车配套产品供应商之一该公司总部设在德国汉诺威。它是世界第四大轮胎制造商，排在普利司通，米其林和固特异之后。他的前身是创立于1871年的橡胶制造商，公司主要研究方向汽车业务主要集中于汽车轮胎、底盘与安全、车身电子、动力总成等零部件技术研究2020/12/277电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍大陆集团（大陆集团（Continental）大陆集团的电机产品有电励磁同步电机，

4、永磁同步电机（PMSM）和感应电机（IM）等。高压轴驱动系统将电机、变速箱及功率电子集为一体，能应用于从80kW-130kW的所有性能水平，广泛用于各类车型第三代高压轴驱系统是集电机,减速器及逆变器为一体的三合一高度集成设计。由于集成时省略了部分高压线缆和接插件,重量减少约30%,成本也相对节约了20%该公司合作企业为戴姆勒、百度、蔚来汽车、一汽解放、滴滴出行2020/12/278电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍日立（日立（HITACHI）日本日立汽车系统有限公司，研究方向致力于家用电器、电脑产品、半导体、产业机械等产品，是日本最大的综合电机生产商。早在1999年，日立就已开始将电动车用电

5、机投放市场，迄今为止，其开发的小型、轻量、高功率电动车用电机产品广为全球汽车厂商采用日立逐渐从以发动机为中心，逐渐转变为以电动机、变频器为主的电力传动技术，帮助混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)、燃料电池车(FCEV)并不断加速发展2020/12/279电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍日立（日立（HITACHI）日立是世界上唯一能够综合提供电动机、变频器、传动控制器的HEV驱动系统供应商作为综合驱动系统的供应商，日立实现电动机驱动力与发动机驱动力综合协调控制的电动四轮驱动系统目前日立的主要产品为永磁同步电机该公司合作企业为本田、雪佛兰等2020/12/2710电机主要供应商介绍电机主

6、要供应商介绍比亚迪（比亚迪（BYD）中国深圳比亚迪股份有限公司，其主要研究方向为在汽车业务上，比亚迪专注于在整车制造、模具研发、车型开发、新能源等方面的技术研究；同时，设立中央研究院、汽车工程研究院以及电力科学研究院，负责高科技产品和技术的研发，以及产业和市场的研究等比亚迪“542”技术体系：0-100公里/小时 加速时间5秒以内；四驱操控，多种驱动；百公里油耗小于2升最强劲模式：四驱最强劲模式：四驱+运动运动+HEV最经济模式：四驱最经济模式：四驱+经济经济+EV动力强劲，三擎双模四驱操控，多种驱动超低能耗，绿色环保0-100公里/小时 加速时间5秒以内极速电四驱是操控百公里油耗小于2升20

7、20/12/2711电机主要供应商介绍电机主要供应商介绍比亚迪（比亚迪（BYD）比亚迪研发和生产的电机是永磁直流电机,在效率以及功率密度方面得到了不小提升,提速性能比异步电动机更快,且结构简单,维护起来相对容易。但其在技术储备、应用领域尚未至成熟,永磁同步机：应用于比亚迪元EV等车型,峰值功率160kW,峰值扭矩310Nm电机控制技术：比亚迪驱动电机采用高性能空间矢量脉宽调制技术、可靠性更高的IGBT驱动保护技术、高精度旋转解码器计算电机转子角度位置技术。通过以上三项自由技术的应用大步提升了比亚迪新能源汽车的安全性、可靠性、稳定性该公司合作企业为腾势和自己使用2020/12/27电机详解电机详

8、解 电机的概念 直流电机 永磁同步电机/02异步电机开关磁阻电机2020/12/2713电机详解电机详解什么是电机？什么是电机？所谓电机，就是将电能与机械能相互转化的一种电力元器件。当电能被转换成机械能是，电机表现出电动机的工作特性；当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分的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2020/12/2714电机详解电机详解电动汽车上的电机需要满足哪些特点？电动汽车上的电机需要满足哪些特点？电机类型直流电机异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范围/rpm4000-600012000-20000150004000

9、-10000功率密度低中高较高可靠性一般高高高电机重量重中轻轻电机尺寸大中小小结构坚固性差好好好控制器成本低高高高电机应有较高的瞬时功率和功率密度（W/kg）01.最高速度最高速度电机应有较高的高低速综合效率03.变速工作变速工作电机应有较强的过载能力并提供较高的转矩04.汽车爬坡汽车爬坡电机应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力06.可靠性可靠性电机应有较高的效率02.行驶里程行驶里程电机应有较高的转矩相应速度05.正常运营正常运营电机应降低制造成本07.成本成本2020/12/2715电机详解电机详解直流电机直流电机在电动汽车发展的早期，大部分电动汽车都采用直流电机作为驱动电机。这类电机技

10、术较为成熟，具备控制方式容易，调速优良的特点，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用但是由于直流电动机机械结构复杂，导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制，而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，增加维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，会造成高频电磁干扰，影响整车其他电器性能。由于直流电动机有着以上缺点，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰电机类型直流电机异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范围/rpm4000-600012000-20000150004000-10000功率密度低中高较高可靠性一般高高高电机重量重中轻轻电机尺寸大中小小结构坚固性差好

11、好好控制器成本低高高高2020/12/2716电机详解电机详解永磁同步电机永磁同步电机在新能源汽车领域，永磁同步电机被广泛使用。所谓永磁，是指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。而所谓同步，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电机类型直流电机异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范围/rpm4000-600012000-20000150004000-10000功率密度低中高较高可靠性一般高高高电机重量重中轻轻电机尺寸大中小小结构坚固性差好好好控制器成本低高高高一块条形的磁铁，他的磁力线总是从

12、北极（红色一块条形的磁铁，他的磁力线总是从北极（红色N）出发绕了一圈回到南极（蓝色出发绕了一圈回到南极（蓝色S）2020/12/2717电机详解电机详解永磁同步电机永磁同步电机由于磁力线方向总是这样，同时异极相吸。当在它由于磁力线方向总是这样，同时异极相吸。当在它的上方放上另外一支磁铁的时候，在磁力力矩作用下，的上方放上另外一支磁铁的时候，在磁力力矩作用下，上方的磁铁就会旋转，最终上方磁铁的北极靠近下方上方的磁铁就会旋转，最终上方磁铁的北极靠近下方磁铁南极；而上方磁铁南极则靠近下方磁铁北极。可磁铁南极；而上方磁铁南极则靠近下方磁铁北极。可以这么理解，磁力线由于希望尽量的短，则必须使得以这么理解

13、，磁力线由于希望尽量的短，则必须使得异极足够靠近，从而使得上方磁铁转动异极足够靠近，从而使得上方磁铁转动根据法拉第电磁感应原理可以知道线圈通上电之后根据法拉第电磁感应原理可以知道线圈通上电之后就会产生类似条形磁铁的磁场。而处于线圈产生的磁就会产生类似条形磁铁的磁场。而处于线圈产生的磁场中的磁铁也会受到磁力的作用而趋向于异极相吸的场中的磁铁也会受到磁力的作用而趋向于异极相吸的效果效果2020/12/2718电机详解电机详解永磁同步电机永磁同步电机假设一组线圈（绿色组）通电，那么通电后可以看假设一组线圈（绿色组）通电，那么通电后可以看作是一个竖直的线圈通电，那么它将产生类似条形磁作是一个竖直的线圈

14、通电，那么它将产生类似条形磁铁的磁场，因此，当线圈通电时候则就相当于定子上铁的磁场，因此，当线圈通电时候则就相当于定子上放了一根条形磁铁放了一根条形磁铁刚才只是一组线圈通电，当加多到三组线圈的磁场刚才只是一组线圈通电，当加多到三组线圈的磁场后，就相当于三根条形磁铁成后，就相当于三根条形磁铁成“米米”字型放在定子内字型放在定子内部。当三组线圈依次通电时候，就会产生不断旋转的部。当三组线圈依次通电时候，就会产生不断旋转的磁场磁场2020/12/2719电机详解电机详解永磁同步电机永磁同步电机注：在这里大家请注意，由于磁力的作用是瞬间的，注：在这里大家请注意，由于磁力的作用是瞬间的，因此在线圈发生变

15、化时候，磁铁能够马上受力。这就因此在线圈发生变化时候，磁铁能够马上受力。这就引出了一个词语引出了一个词语“同步同步”。同步的意思就是磁场。同步的意思就是磁场发生改变的瞬间能够马上产生跟随的趋势以及力量，发生改变的瞬间能够马上产生跟随的趋势以及力量，所以这也是为什么称这种电机为同步电机。所以这也是为什么称这种电机为同步电机。“同步同步”二字既是这样得来，因为他能够始终跟随着线圈的变二字既是这样得来，因为他能够始终跟随着线圈的变化而变化，和线圈中的磁场变化是同步状态的化而变化，和线圈中的磁场变化是同步状态的在不断旋转的磁场中，放上一根条形磁铁，那么条形持铁就会由于磁力矩的作用，跟着旋转的磁场发生转

16、动在不断旋转的磁场中，放上一根条形磁铁，那么条形持铁就会由于磁力矩的作用，跟着旋转的磁场发生转动2020/12/2720电机详解电机详解永磁同步电机永磁同步电机三组线圈依次通电形成了旋转的磁场，但是这个磁场并不平顺，因为线圈在切换通电过程中磁力会发生变化。同时如果定子只有一根磁铁，那受到三组线圈依次通电形成了旋转的磁场，但是这个磁场并不平顺，因为线圈在切换通电过程中磁力会发生变化。同时如果定子只有一根磁铁，那受到的力很小以外，也因为磁极分布不均匀（只有对角线两个方向），同样使得受力是不平顺的波浪形。因此为了解决这个问题，将更多根磁铁（这里是的力很小以外，也因为磁极分布不均匀（只有对角线两个方向

17、），同样使得受力是不平顺的波浪形。因此为了解决这个问题，将更多根磁铁（这里是4根）放在定子上组成定子磁组，这样就形成了一个根）放在定子上组成定子磁组，这样就形成了一个SN极间隔的永磁转子。这个时候三组线圈都在不停地变化着通电的方向（注意，不是断开绿组接极间隔的永磁转子。这个时候三组线圈都在不停地变化着通电的方向（注意，不是断开绿组接通蓝组那种通断的形式），使得定子产生三个不断变化的磁场，而处于磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力，因此这就使得转子稳定的旋转起来通蓝组那种通断的形式），使得定子产生三个不断变化的磁场，而处于磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力，因此这就使得转子稳定的旋转起来注：在

18、再来说一下注：在再来说一下“永磁永磁”的由来，刚才已经说了，的由来，刚才已经说了，转子是类似多根条形磁铁组装而成的一个转子是类似多根条形磁铁组装而成的一个SN极间隔极间隔的磁铁。线圈的磁场会因为断电而消失，但是转子却的磁铁。线圈的磁场会因为断电而消失，但是转子却是磁性很强的磁铁组成，磁场并不会消失，因此他的是磁性很强的磁铁组成，磁场并不会消失，因此他的磁场理论上可以长久存在，因此称之为磁场理论上可以长久存在，因此称之为永磁（虽永磁（虽然随着时间的流逝磁场会逐渐消失，但是速度也是很然随着时间的流逝磁场会逐渐消失，但是速度也是很慢的）慢的）2020/12/2721电机详解电机详解永磁同步电机永磁同

19、步电机与其他类型的电机相比较，永磁同步电机的最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度，说白了，就是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。这也是在对空间与自重要求极高的新能源汽车行业，为什么永磁同步电机是广大汽车制造商首选的主要原因但是，永磁同步电机也有自身的缺点。转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，电机容易发生损坏。而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高优点优点效率高、结构简单、体积小、重量轻、承载转矩大缺点缺点成本较高、稳定性不强、高温下磁性衰退2020/12

20、/2722电机详解电机详解异步电机异步电机异步电动机又称“感应电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动1888年，著名的塞尔维亚裔美籍物理学家尼古拉特斯拉(Nikola Tesla)在美国取得了感应电动机的专利。大家熟悉的特斯拉电动跑车就是以他命名的，尼古拉特斯拉或许大家并不熟悉，但是他却是被西方科学界的精英人物誉为是唯一堪比达芬奇并超越爱因斯坦的伟大科学家。他在科学和工程学领域取得了大约1000项发明。著名的特斯拉线圈、特斯拉效应、特斯拉变压器、特斯拉无线系统以及著名的尼亚加拉水电站都出自他的研究电机类型直流电机异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范

21、围/rpm4000-600012000-20000150004000-10000功率密度低中高较高可靠性一般高高高电机重量重中轻轻电机尺寸大中小小结构坚固性差好好好控制器成本低高高高特斯拉使用异步电机，也是对尼古拉特斯拉使用异步电机，也是对尼古拉特斯拉的致敬，特斯拉的致敬，但是最新的但是最新的Model3已经采用了永磁同步电机已经采用了永磁同步电机2020/12/2723电机详解电机详解异步电机异步电机异步电动将定转子之间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组

22、中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转异步电机是利用电磁感应原理，通过定子的三相电流产生旋转磁场，并与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩，以进行能量转换。正常情况下，异步电机的转子转速总是略低或略高于旋转磁场的转速，因此称为“异步电机异步电机”同步电机的定子和转子都产生磁场，而异步电机只有定子产生磁场，转子为闭合电路只有定子产生磁场只有定子产生磁场同步电机转子角速度与电源频率相同，而异步电机的转子速度无法达到定子磁场速度转子角速度不同转子角速度不同同步电机的转子是磁铁，永磁同步为永磁结构，而异步电机是金属的闭合电路定子不是磁铁定子不是磁铁异步异步电机电机与同与同步电步电机的机的

23、区别区别2020/12/2724电机详解电机详解异步电机异步电机异步电机的优点是成本低，工艺简单、运行可靠耐用、维修方便，而且能忍受大幅度的工作温度变化。反之，温度大幅变化会损坏永磁同步电动机在重量和体积方面，异步电动机并不占优势，但其转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速，即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求。此外，异步电机稳定性优秀也是被特斯拉选用的重要原因优点优点结构简单、可靠性好、成本较低缺点缺点效率较低、调速性差2020/12/2725电机详解电机详解开关磁阻电机开关磁阻电机开关磁阻电机（SRM）通过吸引磁凸极转子到定子磁场来产生转矩开关磁阻电机作为

24、一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，它的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组电机类型直流电机异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范围/rpm4000-600012000-20000150004000-10000功率密度低中高较高可靠性一般高高高电机重量重中轻轻电机尺寸大中小小结构坚固性差好好好控制器成本低高高高2020/12/2726电机详解电机详解开关磁阻电机开关磁阻电机开关磁阻电机具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。而且它具有直流调速系统可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用，曾被专家预测为电动车领域的一匹黑马开关磁阻电机在实际运转过程中，电动机本身会发出较大噪音和振动，这些是电动车无法容忍的，未来如果能解决这两个问题，可能会广泛应用优点优点结构简单坚固，可靠性高，成本低，易于维修缺点缺点转矩波动大，噪音到，产生振动2020/12/27 2019 sssdfzThanks