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投稿邮箱：tougao@maicai360.cn 2016年10月14日科技部高新司发布《“新能源汽车”试点专项2017年度项目申报指南建议》，要求2017年重点项目，乘用车电机峰值功率密度≥ 4kW/kg (≥30秒),连续功率密度≥2.5kW/kg,电机最高效率≥96%,装车应用不低于25000台;商用车电机峰值转矩密度≥20Nm/kg(≥60秒),连续转矩密度≥11Nm/kg,电机最高效率≥96%,装车应用不低于5000台。因此，技术指标的提高，从而影响着驱动电机技术路线的方向，推动驱动电机相关技术的升级。 据了解，永磁同步电机应用越来越多，电压等级不断提高，转速也越来越高。根据电动汽车资源网统计，在2017年第一批推荐目录中，有150款车型搭载了永磁同步电机，占比81%；搭载交流异步电机的车型有33款车型，占比18%；未知2款车型。
由此可以看出，大部分车型选择永磁同步电机。虽然特斯拉采用的是异步电机，行业人士认为主要是出于成本因素和实际平均效率因素考虑，据悉，特斯拉Model 3将会采用永磁同步电机。可以说永磁同步电机将会是大势所趋！根据信息采集，目前国外知名的车企，如宝马的Active Hybrid与i3，丰田Pruis IV与Leaf，特斯拉Model 3，本田Civic Hybrid，雪佛兰Volt等都采用永磁同步电机。证券研究所的资料显示，如下表：
从表格上看，开关磁阻电机的优势较为明显，开关磁阻电机结构和控制简单、出力大，可靠性高，成本低，起动制动性能好，运行效率高。但为什么其没有被广泛应用在电动汽车上？主要因素在于1.脉动因素而导致的成本增加；2.脉动转矩造成噪音；3.非线性严重。4.正在不断探索和开发中。 从表格中看出，永磁同步电机功率密度高，可靠性高，功率因数高，较高的转速范围，调速控制性能好，具有较宽的调速范围。永磁同步电机没有励磁损耗和散热问题，电机结构简单，体积比同功率的异步电机小15%以上。 而永磁同步电机比交流异步电机的优势在于：（1）效率高，更加省电；（2）功率因数高；（3）电机结构简单灵活；（4）可靠性高；（5）体积小，功率密度大；（6）起动力矩大、噪音小、温升低。如下如所示： 不过，永磁同步电机也有它的缺点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等，需要更多维护，给应用带来不便的缺点。相对于异步电动机而言，永磁同步电机则比较简单，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好，但存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，功率较小，成本高和起动困难等缺点。 SiC应用于车用电驱动系统，其良好的高温（结温250℃以上）和高频特性（开关频率可达100kHz）有望为车用变流器带来革命性变化。《“新能源汽车”试点专项2017年度项目申报指南建议》资料显示，对SiC第三代宽禁带功率器有特别的要求，要求“宽禁带电力电子模块电流≥400A,电压≥750V;电机控制器峰值功率密度≥30kW/L,匹配电机额定功率40-80kW,最高效率≥98.5%;产品装车应用不低于1000套。” 功率器件有四大类，即逆变器、转换器(整流器)、直流斩波器DC/DC转换器、矩阵转换器。而功率器件最为重要的指标是损耗，如碳化硅功率模块与采用硅基IGBT的功率模块相比，可将开关损失降低85%。 目前，国内外半导体材料主要有Si（硅）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAS）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等。以Si为代表的传统半导体功率电子器件的发展已经接近材料的极限，在摩尔定律的规律下已经走过了50多年，不能满足器件应用不断发展的要求，寻找新的半导体材料替代硅已经成了近些年半导体发展的方向之一。而有着更高禁带宽度的第三代宽禁带半导体材料开始逐渐走向研究与应用，最为前沿且成熟的技术就是SiC与GaN。
相对于Si而言，第三代半导体材料SiC与CaN的优点更明显，主要优点如下： （1）从上表格可以看出，SiC与CaN带隙都大于3.0eV,是Si的3倍左右。SiC与CaN器件禁带宽度大于Si，大大降低了器件的泄漏电流，使其具有抗辐照的特性。 （2）SiC与CaN的工作温度要大于Si，理论上SiC工作温度可达到600℃，在高温场合的优势明显。 （3）从表格可以看出，绝缘击穿场强度大，SiC击穿场强度达到2MV/cm及以上，CaN击穿场强度更高，为3.3MV/cm，是Si的十倍。这样大大提高了功率器件的耐压容量、工作频率及电流密度，同时也大大降低了器件的导通损耗。 （4）从表格可以看出，SiC还由于有较高的饱和迁移速度和较低的介电系数，是Si的2倍，使得SiC器件具有好的高频特性。 （5）从表格可以看出，SiC的热导性为4.5W/cm K，要高于Si的热导率，散热性较好，提高SiC功率器件的功率密度和集成度。 1.稀土永磁无刷直流电动机的结构特点 1.1无刷直流电动机(BLDCM)由电动机本体和驱动器构成，是一种典型的机电一体化产品。1.2电动机的定子绕组做成三相对称星行接法，同三相异步电动机十分相似。电动机转子由钕铁硼永磁材料构成。在定转子形成的气隙中产生N-S级相间的方波磁场，所以也把这种电动机称为“方波电动机”。为了使电动机绕组准确换向，在电动机内装有位置传感器，作为转子极性的位置信号1.3驱动器组成：作为控制中枢的单片子；作为电子换向的由IGBT或MOSFET构成的逆变桥；作为电压型交一直一交主电路的整流、滤波单位；作为人机接口的键盘和数字显示单位；作为控制、驱动电源的开关电源。 2.无刷直流电动机的主要特点 2.1高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高5%-12%。2.2功率因子高：无刷直流电动机无需从电网吸取激磁电流，功率因子接近1。2.3启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他激直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，但没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。2.4电动机出力高：该电动机的体积和最高工作转速相同时，较异步电动机输出功率提高30%。2.5适应性强：电源电压偏离额定值+10%或-15%，环境温度相差40K以及负载转矩从0—100%额定转矩波动时，无刷直流电动机的实际转速与设定转速的稳态偏差，不大于设定转速±1%。2.6无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。2.7无刷直流电动机具有直流电动机特性、交流异步电动机的结构。2.8无刷直流电动机适合长期低速运转、频繁启动的场合，这是变频调速器拖动Y系列电动机不可能实现的。  来源 | 电动汽车资源网 编辑 | 旺材小编，转载请注明出处  旺材电机技术交流群 诚邀广大电机技术朋友们加入 共同学习，共同交流 |
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