北理教授研究总结高密度电机(汽车).pdf

高密度电机的研究综述

单位：北京理工大学自动化学院

提纲

n高密度电机概述

n高功率密度电驱动电机的研究现状及其关键技

术

n低速大转矩密度电机的研究现转及其关键技术

n高速电机的研究现状及其关键技术

n大推力密度直线电机的研究现状及其关键技术

n我们的研究方向及研究课题

高密度电机概述-应用概述

由于高密度电机体积小、重量轻、环境适应性强、输

出功率或力矩大等诸多优点，应用广泛：

n航空：航空高密度电机是各种先进飞机必备的重要部件，如预

警机的螺旋桨驱动电机，燃油泵驱动电机，雷达、天线的驱动

电机。多电飞机和全电飞机是未来飞机的重要发展方向，多电

飞机和全电飞机在欧美等国家和地区己经开始研制。

n航天：航天领域的电机对功率密度要求更高，控制特性更好，

在线检测信息更丰富，如卫星天线展开机构的电驱动系统，卫

星天线伺服系统，导弹舵机电驱动机构。

n航海：高密度电机在航海领域也有巨大的应用前景，如电动鱼

雷，不仅需要足够的驱动力，而且体积要小。

n工业：高功率密度电机是电动汽车的核心技术之一，也是其它

工业领域的一项基础研究技术，该技术可广泛应用于先进制造

设备、数控机床、自动化生产线、机器人、压缩机、试验机等

领域。

高密度电机概述-含义概述

高密度的含义

（一）功率密度大

在一定体积下输出更大的功率，为了实现这一目标，一般采

用两种方法：

（1）提高电机的速度，把电机设计成高速电机，根据(P/V)=Kn,在体

积不变时，电机输出功率与转速成正比。

（2）在不适于提高电机速度时，优化设计新型结构电机，从根本上

解决相同电机输出功率大。

（二）转矩、推力密度大

在一定体积下输出大的转矩（旋转电机）或推力（直线电

机），这种电机一般速度比较低，输出总功率不一定大。

高功率密度电驱动电机、低速大转矩电机、高速电机、大推力直线电机

高功率密度电驱动电机的研究现状

以电动车辆用驱动电机最为典型，永磁同步电机凭借其高转矩

密度、高功率密度、高效率、高可靠性的绝对优势，致使电动汽

车用驱动电机已从多个机种并行发展到目前基本统一到以发展永

磁同步电机系统为主体的局面。

根据电机驱动车轮方式：

集中电机驱动形式-只有一台驱动电机，这种形式中电机装在车体

内，电机产生的驱动力矩通过差速器、传动轴，传递至驱动轮，

从而驱动车辆。

轮毂电机驱动形式-将电动机分别安装在驱动轮上，驱动轮由各自的

电机直接驱动，这种电机统称为轮毂电机。轮毂电机驱动系统的

布置非常灵活，它可以布置在电动车的2个前轮、2个后轮或所有

车轮的轮毂中，使电动汽车成为前轮驱动、后轮驱动或多轮驱动

车辆。

高功率密度电驱动电机的研究现状

集中电机驱动形式-日本

n1996年,丰田汽车公司的纯电动车RAV4EV就采用了东京电机公

司的插入式永磁同步电机作为驱动电机，最大功率为50kW。

n1998年1月,尼桑公司研发的新一代电动小客车在美国加利福尼亚

州投入使用。驱动电机采用了钕铁硼永磁体,最大功率为62kW,

最高转速13100r/min，最大效率达95%，电机重量39kg，功率密

度达到1.59kW/kg。

n日立制作所为纯电动汽车开发的一种内置式永磁同步电动机，转

子采用内置式转子结构，其中的永磁体采用了高性能的钱铁硼永

磁材料，其最大输出功率为62kW，最高转速为16000r/min，功

率质量比为1.667kW/kg，最高效率达到了96%

高功率密度电驱动电机的研究现状

集中电机驱动形式-日本

n2007年，丰田camary电动车也采用了种内置式

永磁同步电动机，最大功率105kW，最高转速

14000rpm。

高功率密度电驱动电机的研究现状

集中电机驱动形式-日本

n著名的丰田“普锐斯”混合动力电动汽车

1997年丰田“普锐斯”汽车进入汽车市场，它成功的混合动力技术极

大地吸引了世界各大汽车制造商和科研人员的眼球。

丰田“普锐斯”混合动力系统结构示