理论教育 电动汽车电驱动理论与设计:驱动电机发展方向

电动汽车电驱动理论与设计:驱动电机发展方向

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:电动汽车中使用的电机同一般工业用的电机一样,除小型电机外均由直流电机过渡到交流电机。曾经作为驱动专用的电机,拥有理想转矩特性的直流并励电机成为主流,但是在日本,目前在乘用车中采用的是内置式永磁同步电机;而在美国,异步电机是主流的电机。然而,作为电动汽车专用的电机,磁阻电机很具发展潜力,人们对其也有很高的评价,因此有必要注意其今后的发展动向。

电动汽车电驱动理论与设计:驱动电机发展方向

电动汽车中使用的电机同一般工业用的电机一样,除小型电机外均由直流电机过渡到交流电机。这是因为,交流电机实现了耐用化、高速化、小型化以及轻量化,而且作为电机电源逆变器以及适合控制的逆变器也实现了小型化,此外成本低廉也是理由之一。曾经作为驱动专用的电机,拥有理想转矩特性的直流并励电机成为主流,但是在日本,目前在乘用车中采用的是内置式永磁同步电机;而在美国,异步电机是主流的电机。

电动汽车专用的电机,通过从电池中获取有限的能量产生动作,所以要求它在各种环境下的效率都要很好。因而,在性能上要求比一般工业用的电机更加严格。主要的发展方向有如下几点:

1)由高速化而生的小型轻量化(坚固性):在车辆上搭载方面,电动汽车用电机的体积、质量应为一般工业用电机的1/3~1/2。

2)高效性:务必使一次充电后的续驶里程尽可能长。尤其是行驶模式变换频繁的轻负荷的情况下,电机和控制装置的总效率也需进一步提高。因而,在控制层面上的研究也很有必要。

3)低速大转矩情况下的大范围的恒定输出特性:在电机单体中,能够满足必要的转矩特性。

4)寿命长以及高可靠性:轮毂电机中的振动加速度达到了20g左右,即使在汽车上也有(3~5)g的振动加速度,在任何环境中确保高安全性都是必要的。而不采用位置传感器的无位置传感器控制,则被认为能够提高可靠性。

5)低噪声性:考虑到环境和乘坐的舒适性,人们期望噪声尽可能小。

6)成本低廉:为了便于普及,成本的降低是必不可少的。(www.daowen.com)

能够满足以上特性的电机便是适合作为电动汽车专用的电机。但是,现实中全部满足以上特性的电机还未被开发出来。

由表6-2可知,目前更适于电动汽车的电机是异步电机和永磁电机。在美国,异步电机应用得较多,这也被认为是和路况有关系。因为在美国,高速公路已经具有一定的规模,除了大城市外,汽车一般以一定的高速持续行驶,所以能够实现高速运转而且在高速时有较高效率的异步电机得到广泛应用。此外,还和它的技术水平及电机自身的价格有关。在日本,供应永磁电机中采用的稀土磁体的公司比较多,这也许是一方面的原因,同时汽车大多以中低速行驶,因此采用了加减速时效率较好的永磁电机。因此在日本,乘用车类使用的几乎都是永磁电机,但转子中采用的磁体的高价问题仍是个难点。但是,通过进行全面、高效率的弱磁控制就有可能扩大恒定输出的范围,并且通过多极化也可以实现小型轻量化,也可以采用轮毂电机等具有广阔发展前景的电机。

表6-2 电动汽车用电机基本性能比较

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在交流电机得到广泛应用的同时,如前所述,也有使用直流电机的车辆。直流电机在都市小型汽车和两座左右的乘用车、铲车等工业用车辆以及电动轮椅等特殊用途车辆中都有应用。虽然最近在工业用车辆中,永磁电机的应用也相当多,但是直流电机在低速情况下也可以顺畅运转,而且其控制简单,性能优良,今后也可在特定领域中应用。

以SRM为代表的磁阻电机也在不断发展中,作为工业和电动汽车专用的电机,各地对它的开发和研究正在如火如荼地进行中,但它的效率还不是十分的理想,在实际中应用还不是很广泛。然而,作为电动汽车专用的电机,磁阻电机很具发展潜力,人们对其也有很高的评价,因此有必要注意其今后的发展动向。

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