任务二
调研分析驱动电机的类型及应用

学习目标

知识目标

●掌握不同类型驱动电机的性能指标与优缺点。

●了解驱动电机在主流车型上的应用。

●掌握驱动电机铭牌的识读方法。

技能目标

●能够准确找到驱动电机铭牌的位置。

●能够正确识读驱动电机的参数。

素养目标

●认真严谨、积极主动，安全生产、文明施工。

●获得多途径检索知识、分析解决问题以及多元化思考解决问题的方法，形成创新意识。

●严格执行各项规章制度及6S现场管理，培养精益求精的工匠精神。

知识索引

情境导入

你毕业后在某4S店担任助理工程师，主管要求你给新员工讲解不同种类的驱动电机的特点、各大牌车企一般会选用怎样的电机以及如何根据电机铭牌获取信息这三个方面的知识，你准备查阅整理相关资料以完成此次任务。

获取信息

引导问题1

请查阅相关资料，简述三相交流异步电机的优缺点。

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引导问题2

请查阅相关资料，简述永磁同步电机的优缺点。

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新能源汽车驱动电机系统的类型

1.类型

电动汽车驱动电机是影响整车性能的关键因素之一，电机类型的选择、车辆驱动方式的确定、电机控制系统的可靠性与安全性是电动汽车开发时首先应考虑的问题。

当前应用于电动汽车中的驱动电机主要包括直流电机（DC machine）、三相交流异步电机（asynchronous machine）、永磁同步电机（permanent magnet synchronous machine，PMSM）和开关磁阻电机（switched reluctance machine，SRM）等类型。

2.性能

直流电机、三相交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四种典型电机的性能比较见表1-2-1。

3.优缺点

（1）直流电机

直流电机具有起动转矩大、调速控制简单、技术成熟等优点，但是直流电机的电枢电流需要由电刷和换向器引入，换相时易产生电火花，导致换向器容易烧蚀、电刷容易磨损等问题，需要经常更换，维护工作量较大；同时电刷部分存在接触磨损，不仅使电机效率降低，还限制了电机运行的最高转速。因此，直流电机常用在小功率的电动汽车驱动系统中，如小型代步车、景区观光车等。

（2）三相交流异步电机

目前多数电动汽车采用三相交流异步电机（又称感应电机）作为驱动电机，随着功率电子器件和功率变换器的快速发展，采用矢量控制技术可以使驱动系统实现无级变速，传动效率得到大幅提高，具有更好的可控性和更宽的调速范围。特别是感应电机在采用笼型转子结构时，具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。此外，感应电机在工业中已有较长时间的应用，具有丰富的生产经验和大量的生产工厂，生产成本较低。

（3）永磁同步电机

永磁同步电机具有功率密度高（>1kW/kg）、全工作区域内效率高（效率最高可达97%）、低速输出转矩能力强等优点。采用矢量控制的电机驱动控制系统，具有动态性能好、转矩脉动小、调速范围宽等优点。永磁同步电机在电动汽车驱动系统中应用，可以达到减小系统体积、改善汽车加速性能和行驶平顺性等目的，因此受到了全世界各大汽车生产厂商的重视。但永磁材料强度较低，有些永磁材料在高温作用下会发生磁性衰减现象，再加上近年来永磁材料价格不断上升，使高效三相交流异步电机和开关磁阻电机重新被纳入研究人员的视线。

（4）开关磁阻电机

开关磁阻电机是一种新型电机，在电机的转子上没有集电环、绕组等转子导体和永磁体等装置。它的结构比其他电机简单，效率可达85%～90%，转速可达15000r/min。其转矩-转速特性好，在较宽的转速范围内，转矩和转速可以灵活控制，并且有起动转矩高和起动功率低等机械特性。开关磁阻电机结构坚固、可靠性好、质量小、便于维修、成本较低；但是开关磁阻电机的控制系统较复杂，调节性能和控制精度要求高，工作时的转矩脉动大，噪声也较大，体积也比同样功率的感应电机大一些。

引导问题3

请查阅相关资料，简述新能源汽车企业选择永磁同步电机作为汽车动力源的理由。

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引导问题4

请查阅相关资料，简述新能源汽车企业选择三相交流异步电机作为汽车动力源的理由。

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驱动电机在主流车型上的应用

目前，永磁同步电机和三相交流异步电机已成为新能源汽车企业在乘用车领域中的主流选择。

永磁同步电机的“永磁”是指在制造电机转子时加入了永磁材料，提升电机在低速时的转矩性能，这也是永磁同步电机与三相交流异步电机的最大区别。所谓同步，指的是电机中的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致，通过控制电机的定子绕组输入电流频率来控制电动汽车的车速。

而三相交流异步电机中由于转子总是在“追赶”定子旋转磁场的转速，并且为了能够切割磁力线而产生感应电流，转子的转速总是要比定子旋转磁场的转速慢，这也就形成了异步运行。

在性能方面，永磁同步电机和三相交流异步电机各有千秋。

永磁同步电机本身具有转矩密度高、功率密度高、效率高、调速性能好等优点，再加上具备体积小、质量小等优势，相比其他种类的电机，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。新能源汽车对空间与自重要求极高，因此新能源汽车企业通常会优先选择永磁同步电机作为汽车动力源。但它并不是没有缺点，除了原料带来的成本问题外，它还有在高温下磁性衰减的问题，这也是为何中小型纯电动汽车不能进行长时间的高速巡航。

与永磁同步电机相比，三相交流异步电机则具有结构简单、过载能力强、高速性能较好以及温升区间较大、不易发生退磁现象等优势；这也是一些以性能标榜的电动跑车以及中大型SUV会偏爱它的原因，如特斯拉Model S（图1-2-1）、特斯拉Model X（图 1-2-2）、蔚来ES8（图1-2-3）等都在使用。相对来说，它的缺点则体现在转矩密度、功率密度、效率偏低，并且还伴随着体积大、质量大等问题。总体来看，可以理解为搭载永磁同步电机的电动汽车续驶能力相对更强一些，搭载三相交流异步电机的电动汽车加速性能更好。

引导问题5

请查阅相关资料，简述我们可以从驱动电机的铭牌上获得哪些信息。

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驱动电机铭牌的识读

1.铭牌位置

驱动电机需要按照国家标准在电机壳体上张贴铭牌，如图1-2-4和图1-2-5所示。

2.铭牌项目

学会识读电机铭牌上的数据是正确、合理地使用电机的参考和依据，铭牌上标明的主要项目见表1-2-2。

3.电机型号

驱动电机型号通常由驱动电机类型代号、尺寸规格代号、信号反馈元件代号、冷却方式代号、预留代号五部分组成，如图1-2-6所示。

但不同车企电机型号命名规则会有所差异，图1-2-7所示为比亚迪某车型永磁同步电机型号，型号中还包含了品牌自定义的部分，即品牌名称与内部编号。

电机型号所包含的信息，可根据表1-2-3进行解读。

任务分组

进行任务分工，填入表1-2-4中。

工作计划

按照前面所了解的知识内容和小组内部讨论的结果，制订工作方案，落实各项工作负责人，如任务实施前的准备工作、实施中的主要操作及协助支持工作、实施过程中相关要点及数据的记录工作等，并将结果填入表1-2-5中。

进行决策

1）各组派代表阐述资料查询结果。

2）各组就各自的查询结果进行交流，并分享技巧。

3）教师对各组的计划方案进行点评。

4）各组长对组内成员进行任务分工，教师确认分工是否合理。

任务实施

引导问题6

扫描二维码观看视频，了解永磁同步电机的组成并记录。

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参考操作视频，按照规范作业要求完成操作步骤，完成数据采集并在表1-2-6和表1-2-7中进行记录。

评价反馈

1）各组代表展示汇报PPT，介绍任务的完成过程。

2）以小组为单位，对各组的操作过程与操作结果进行自评和互评，并将结果填入表1-2-8中的小组评价部分。

3）教师对学生工作过程与工作结果进行评价，并将评价结果填入表1-2-8中的教师评价部分。