电动汽车驱动电机分类.pdf

1无刷直流永磁电动机

电池储存电能，电能以直流电的方式从电池输出，经过电源变换器

传至电动机。

直流电动机有有刷直流电动机和无刷直流电动机之分，有刷直流电

动机因维护不方便被无刷直流电动机取代，无刷直流电动机已成为

入门级电动汽车所使用的最为普遍的电动机类型。之所以说它是入

门级电动机的首选是因为这种电动机自身还存在一些弊端，这些弊

端会阻碍它在电动汽车行业里的持续应用。

在技术特性上，无刷直流电动机可分为具有直流电动机特性的无刷

直流电动机以及具有交流电动机特性的无刷直流电动机。这里我们

所讨论的范畴仅限于具有直流电动机特性的无刷直流电动机。

根据电动汽车对电动机的技术要求，直流电动机能够满足电动汽车

运行的基本需求，另外，无刷直流电动机也不需要用户在用车期

间去考虑它的维护问题，图6所示为六槽无刷永磁电动机结构示意

图。

直流电动机的转速范围不算宽泛，而且最高转速仅为6000r/min左

右，这样的转速属性很难满足电动汽车的工况需求，所以，有些厂

商通过为其匹配二级减速器或具备传动比范围的CVT变速器来弥补

直流电动机在转速方面的欠缺。

显然这样的技术结构在空间布置以及重量控制方面对整车的设计都

有不利的影响。当然，也可以只为电动机匹配一个单级减速器，但

车辆的动力性能以及最高车速都会受到影响。

与交流电机的区别：

很多初学者容易将直流永磁电动机和交流永磁电动机混淆，下面加以

对比。

1）设计上的区别：

二者用的材料大体都一样，主要是设计上的不同。一般无刷直流电动

机设计的时候，气隙磁场是方波的(梯形波)，而且平顶的部分越平越

好，因此在极对数选择上一般选取整数槽集中绕组，例如4极12槽，

并且磁钢一般是同心的扇形环，径向充磁。

无刷直流电动机一般装霍尔位置传感器来检测位置和速度，驱动方式

一般是六步方波驱动，用于位置识别要求不高的场合。而永磁同步电

动机是正弦波气隙，越正弦越好，因此极对数上选择分数槽绕组，

如4极15槽、10极12槽等。磁钢一般是面包形，平行充磁，传感器一

般配置增量型编码器：旋转变压器、绝对编码器等。

驱动方式一般采用正弦波驱动，如FOC算法等，用于伺服场合。无刷

直流电动机的转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形

波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势

也是梯形波的。

无刷直流电动机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采

用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流

也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电动机PWM(脉宽

调制)的方法进行控制即可。

本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速属于变压变

频调速范畴。永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在

磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压

和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。

永磁同步电动机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以

采用矢量控制(磁场定向控制)或直接转矩控制的先进控制策略。综上

所述，两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。

最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过因为控

制对象，通常称之为“无刷直流电动机”。

2）本体区别：

无刷直流电动机的电动机本体：定子绕组为集中绕组，永磁转子形

成方波磁场；永磁同步电动机的电动机本体：定子绕组为分布绕组，

永磁转子形成正弦磁场；

3）传感器的区别：

无刷直流电动机的位置传感器：低分辨率，60度分辨率，霍尔元件，

电磁式、光电式；永磁同步电动机的位置传感器：高分辨率，1/256，

1/1024，旋转变压器，光码盘。

4）控制的不同：

无刷直流电动机：120度方波电流，采用PWM控制；永磁同步电动

机：正弦波电流，采用SPWM(逆变原理及控制方法)及SVPWM(空间

矢量脉宽调制)控制。无刷直流电动机磁钢为方波充磁，控制电压

PWM也为方波，电流也为方波，一个电周期有6个空间矢量。控制

简单，成本低，一般的MCU(微控制单元)就可以实现。永磁同步电动

机：磁钢为正弦波充磁，反电动势也为正弦波，电流也为正弦波。一

般采用矢量控制技术，一个电周期一般最少会有18个矢量(当然越多

越好)，需要高性能的MCU或DSP才能实现。

上述讨论可以概括为以下结论：

（1）传感器的不同：无刷直流电动机为位置传感器，如霍尔等；永

磁同步电动机为速度和位置传感器