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一文看懂新能源汽车电机的结构与零部件组成

2018-03-20 · 来源: 高工电动车网 关注度:43368 次
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新能源汽车 电机
摘要:新能源汽车常用的驱动电机主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。最早应用于电动汽车的是直流电机,主要特点是控制性能好、成本低。

新能源汽车电机驱动系统是新能源汽车的三大核心部件之一,也是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。

简单来讲,电机驱动系统主要由驱动电机和电机控制器两部分组成。其中电机产业链上游是电解铜(电磁线)、硅钢、钢材、铝材、绝缘材料、永磁材料等原材料供应商,以及轴承、冷却器等配件供应商,下游则是整车厂。

目前,新能源汽车常用的驱动电机主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。最早应用于电动汽车的是直流电机,主要特点是控制性能好、成本低。

新能源汽车驱动电机类型

随着新能源汽车对电机的宽调速范围、高功率密度、轻量化、高效率、高安全性、低成本等诸多要求的提高,直流电机已经被淘汰,永磁同步电机使用逐步广泛。以下是几大电机类型的情况对比:

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新能源汽车驱动电机未来趋势

未来,新能源汽车驱动电机具有永磁化、数字化、集成化等趋势。为此,未来高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。下文,我们将重点分析永磁电机的产业链及零部件情况:

电机工作动图

电机产业链剖析

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,主要由定子、转子、机座、端盖等零部件装配而成,其上游原材料主要有硅钢、钢材、铝材、绝缘材料、永磁材料等。

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1、稀土永磁材料

稀土材料约占驱动电机总成本的20%-30%,2017年以来,稀土价格累计上涨了54%左右,未来价格必然水涨船高。

根据华域电动等企业数据,稀土磁钢的重量仅占据整机重量的 2.5-4.5%,但成本已经占了整个车用驱动电机成本的 20-30%,稀土价格上涨时甚至可以达到 50-60%。

另外,需要特别提及的是,尽管我国拥有世界最为丰富的稀土资源,但国内研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可280℃,技术水平仍与德国和日本有较大差距。

2、硅钢

硅钢作为新能源汽车电机的关键材料,是制造电机铁芯的重要磁性材料,成本大概占电机本体的20%左右,其性能影响了驱动电机的驱动特性和服役表现。为此,新能源汽车电机用硅钢需要具备低铁损、高磁感、高抗拉强度等要求。

目前,日本驱动电机配套的无取向硅钢片已经实现工业化生产,且生产技术趋于成熟。但这一关键材料在我国还未实现工业化生产,目前国内用高性能硅钢片依然主要依靠进口。

3、绝缘材料

绝缘材料是在允许电压下不导电的材料,它的电阻率很高。在电机中,绝缘材料用于将匝间隔离,并与接地的定子铁芯隔离开来,以保证电机的安全运行。

为此,绝缘材料的主要性能指标有击穿强度、耐热性、绝缘电阻和机械强度等。目前,我国新能源汽车电机所需的绝缘材料主要依赖进口。

4、定子

定子是电机固定不动的部分,由定子铁心、定子绕组、机座组成。

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定子结构图

定子铁心:是导磁的磁路部分,由导磁性能较好的硅钢片迭压而成。

定子绕组:它是电机的导电部分,也是电机的心脏。由绝缘铜线绕制成一定形状、匝数及数量的线圈,放在定子铁心内圆槽内,并按一定要求连接起来所形成的电路。

机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。

5、转子

转子是电机的旋转部分,电机工作产生的转矩便是由转子提供。据了解,转子由转子铁心、转子绕组、轴承、转轴等组成。

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转子结构图

转子铁心:与定子铁心差不多,转子贴心也由硅钢片叠成。

永磁体:永磁同步电机转子的永磁体一般安装方式有两种,一是内嵌式安装,即嵌入电机转子的硅钢片内;二是表贴式安装,即安装在电机转子硅钢片的表面。

转子绕组:也是导电部分。

轴承:用来支撑整个转子,并传递转动转矩的部件。目前,国内新能源汽车电机用高速轴承大多数采用进口。

转轴:是连接转子绕组,并带动负载运转的部件。

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定子铁芯和转子铁芯结构图

6、机座

机座是整个电机安装的基础,机座壁内有冷却水通道。而在机座两端有端盖,端盖封闭电机并支撑转子,前端盖是传动端的端盖,后端盖是非传动端的端盖。

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7、冷却风扇

驱动电动机在工作时会产生大量热量,如果不及时散热,就会烧坏电机绝缘体,进而引起电机故障。

目前,纯电动汽车驱动电机散热都是采用液冷方式,由冷却风扇配水箱散热器和冷却水泵,再通过冷却液循环完成电机的散热。

而对于纯电动汽车驱动电机冷却风扇的选型,主要考虑是风扇的直径、转速、耐温、防护等级、换风方式等参数。

8、端盖

新能源汽车用永磁同步电机的端盖一般采用浅(扁)端盖结构,并在端盖内侧增加加强肋的数量和尺寸。

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