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最新型電動汽車電機

發布時間: 2022-04-17 19:25:33

新能源汽車電機

永磁交流電動機需要將位置信號傳給電機控制器,以便實現閉環控制。以前用光學編碼器,現在用旋轉變壓器。旋轉變壓器是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。以上回答希望對你有用。

② 純電動汽車電機的類型

姑且不論EV,就是在電車中,感應電機也是最常用的電機。
圖1
圖1 是筆者所在的公司為小型EV 試制的感應電機(最大功率為7.3kW,額定功率為3kW)。感應電機的最大特徵是磁場中(在電機上產生磁場的定子部分)不使用永久磁鐵,不會被稀土問題所左右。並且,因為沒有永久磁鐵,用於EV 時還沒有「空駛拖曳現象」(鐵損),空駛時的效率高。因為要輸入3 相交流電,所以感應電機要與產生3 相交流電的逆變器(電力變換器)的電子電路部分配合使用。
感應電機沒有永久磁鐵,所以從原理上講,電機旋轉時不產生感應電壓,容易控制驅動電流的波形。這可以說是優點。但是與後述的無刷電機相比,效率還是稍有不及。並且,與無刷電機相比,功率密度稍低,所以質量偏重。在工業和家電產品方面早已普及,可以說是成本最優的電機。在市售EV 中,美國特斯拉電機公司的特斯拉活動頂蓬轎車採用了這種形式的電機。
無刷電機(BLM)
包含前述的感應電機,這里介紹的4 種類型的電機中的3 種沒有電刷,所以,哪一個都可以說是無刷電機的一種。但是,通常所說的「無刷電機」,是指採用永久磁鐵的無刷直流電機(Brushless DCMotor)。盡管叫做直流電機,其實電機本身也是輸入三相交流電而工作的,所以,可以歸類於交流電機。
因為分類比較復雜,所以這里把這種電機簡稱為無刷電機(Brushless Motor,BLM)。輸入到無刷電機的交流電,不是固定波形的工頻電源,而是被稱為逆變器的電力變換器生成的。
逆變器持續判斷電機狀態,同時從直流電源生成適當波形的三相交流電。逆變器上裝有微處理器,用程序精確地控制波形的生成。
圖2
圖2是筆者試制的小型EV 用無刷電機(額定功率為20kW )。無刷電機的磁場採用了永久磁鐵,考慮到旋轉中感應電壓的影響(作為電機,在電動的同時也伴生發電),所以要求使用先進的控制技術。無刷電機的特點是效率高、控制性能優良,近來經常用於家電產品中。現在日本市售EV 幾乎都是使用無刷電機的。
圖3
圖3 是使用了無刷電機的試制EV(燃油汽車改裝)。
開關磁阻電機(SRM)
還有一種類型的無刷電機—— 開關磁阻電機(Switched Reluctance Motor,SRM), 簡稱SR 電機或SRM。
圖4
圖4 是筆者所在的公司試制的開關磁阻電機(最大功率為4.3kW,額定功率約2kW)。開關磁阻電機的最大特徵是,磁場不使用

③ 電動車電機有那幾種,什麼牌子最好

目前市面上比較流行的電動汽車電機主要有三類,一是無刷直流電動機,二是交流非同步電動機,三是永磁同步電動機。雖說市面上採用這三種電機類型的車型都存在,不過,不可否認的是,永磁同步電動機正在逐漸的占據市場,成為保有量最大的電動機類型,下面我們就來看看這三種電動機各自的特點,以及為什麼永磁同步電動機得到了大多數廠家的認可。

無刷直流電動機:

這主要是由於廠家看中了直流電機產品成熟,控制方式簡單,調速優良的特點。尤其是在入門級車型上,這種方案成熟的電動機得到了重用。的確,在起步階段,選擇發展成熟的產品也是一種穩妥的做法。

不過,直流電動機的短板也同樣突出,首先就是它的轉速范圍較窄,而且最高轉速僅為6000rpm左右,這樣的轉速對於動輒七八千轉的電動車來說顯然不太合適。而加裝二級減速器或具備一定傳動齒比范圍的CVT變速箱來彌補這一缺陷的話,又會出現其他的弊端。比如,更加復雜的傳動結構對於空間的利用和重量的控制都會起到不利的影響。如果和一般電動車一樣只配備單速減速器,車輛的最高時速和提速能力都會受到一定的影響。

此外,由於無刷直流電動機的結構相對其他產品也更加復雜,長時間工作的情況下,電機的機械結構會產生損耗,提高了後期維護成本。這也是此類電動機被棄用的原因之一。

交流非同步電動機:

在前幾年,交流非同步電動機的應用較為普遍,很多大家熟知的車型都採用了這種電機,包括特斯拉在內的部分品牌車型,至今還在沿用這一類型的電動機。

首先,咱們先來說說永磁同步電機的含義。其中的永磁,是指在製造電機轉子時加入永磁體,使電機的性能得到進一步的提升。而所謂同步,則指的是轉子的轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。這樣一來,只要控制電機的定子繞組輸入電流頻率,即可控制車速,非常便捷。而且永磁同步電動機的結構與直流電動機相似,這使得它具備了無刷直流電動機結構簡單、運行可靠、調速性能好的特點。

其實,永磁同步電機的最大優點就是相比於其他種類的電機,在相同質量與體積下,永磁同步電機能夠為車輛提供最大的動力輸出。也就是說,相同動力輸出的永磁同步電機要比其他類型電機的體積更小、重量更輕。為了保證續航能力,電動汽車需要攜帶大量的電池組,負重很大,所以對於純電動車來說,其他部件的輕量化至關重要,良好的重量控制可以有效降低能耗、延長續航里程。更小的體積也意味著它可以將共多的空間貢獻給車內,帶來更加舒適的乘坐空間。網頁鏈接

④ 電動汽車電機的詳細介紹

除了發電功能外,電動汽車的電機主要還是起電動機的,所以我們以電動機來分類:(只作簡單分類)
1.按工作電源種類劃分:可分為直流電機和交流電機。
直流電機:
按結構及工作原理可劃分:無刷直流電機和有刷直流電機。
又可分為永磁直流電機和電磁直流電機。
永磁直流電機按材料又分為稀土、鐵氧體、鋁鎳鈷永磁直流電機。
電磁直流電機按勵磁方式又分為串勵、並勵、他勵和復勵直流電機。
交流電機可分:單相電機和三相電機
2.按結構和工作原理劃分:可分為直流電機、非同步電機、同步電機。
非同步電動機的轉子轉速總是略低於旋轉磁場的同步轉速。
同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速。
3.按用途分,有驅動電機和控制用電機。
4.按運轉速度分,有高速電機、低速電機、恆速電機和調速電機。
低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。 1.交流電機
單相非同步電機通過電容移相作用,將單相交流電分離出另一相相位差90度的交流電。將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機線圈繞組,就在電機內形成旋轉的磁場,旋轉磁場在電機轉子內產生感應電流,感應電流產生的磁場與旋轉磁場方向相反,被旋轉磁場推拉進入旋轉狀態,由於轉子必須切割磁力線才能產生感應電流,因此轉子轉速必須低於旋轉磁轉速,故稱非同步電機。
三相非同步電機不必通過電容移相,本身就有相差120度的三相交流電,故產生的旋轉磁場更均勻,效率更高。
永磁同步交流電動機的磁場由永久磁鐵產生,轉子線圈通過電刷供電,轉速與交流電頻率為整倍數(分數)關系(視轉子線圈繞組數而定),故稱同步電機。
轉子線圈通過電刷供電,定子通過線圈繞組產生旋轉磁場的電機,按轉子線圈與定子線圈的串、並聯關系分別稱串勵、並勵電機。
2.直流電機
直流電機有定子和轉子兩大部分組成,定子上有磁極(繞組式或永磁式),轉子有繞組,通電後,轉子上形成磁場(磁極),定子和轉子的磁極之間有一個夾角,在定轉子磁場(N極和S極之間)的相互吸引下,使電機旋轉。改變電刷的位置,就可以改變定轉子磁極夾角(假設以定子的磁極為夾角起始邊,轉子的磁極為另一邊,由轉子的磁極指向定子的磁極的方向就是電機的旋轉方向)的方向,從而改變電機的旋轉方向。 1.永磁式直流電機:
由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成。
定子磁極採用永磁體(永久磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結構形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。
轉子一般採用硅鋼片疊壓而成,漆包線繞在轉子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組),其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。
電刷是連接電源與轉子繞組的導電部件,具備導電與耐磨兩種性能。永磁電機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。
2.無刷直流電機:
由永磁體轉子、多極繞組定子、位置感測器等組成。
無刷直流電機的特點是無刷,採用半導體開關器件(如霍爾元件)來實現電子換向的,即用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械雜訊低等優點。
位置感測器按轉子位置的變化,沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置,並在確定的位置處產生位置感測信號,經信號轉換電路處理後去控制功率開關電路,按一定的邏輯關系進行繞組電流切換)。
位置感測器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。
採用磁敏式位置感測器的無刷直流電動機,其磁敏感測器件(例如霍爾元件、磁敏二極體、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用集成電路等)裝在定子組件上,用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元件。
採用光電式位置感測器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電感測器件,轉子上裝有遮光板,光源為發光二極體或小燈泡。轉子旋轉時,由於遮光板的作用,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。
採用電磁式位置感測器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁感測器部件(例如耦合變壓器、接近開關、LC諧振電路等),當永磁體轉子位置發生變化時,電磁效應將使電磁感測器產生高頻調制信號(其幅值隨轉子位置而變化)。
定子繞組的工作電壓由位置感測器輸出控制的電子開關電路提供。 他們在負載要求、技術性能和工作環境等方面有著特殊的要求:
1、電動汽車驅動電機需要有4-5倍的過載以滿足短時加速或爬坡的要求;而工業電機只要求有2倍的過載就可以了。
2、電動汽車的最高轉速要求達到在公路上巡航時基本速度的4-5倍,而工業電機只需要達到恆功率是基本速度的2倍即可。
3、電動汽車驅動電機需要根據車型和駕駛員的駕駛習慣設計,而工業電機只需根據典型的工作模式設計。
4、電動汽車驅動電機要求有高度功率密度(一般要求達到1kw/kg以內)和好的效率圖(在較寬的轉速范圍和轉矩范圍內都有較高的效率),從而能夠降低車重,延長續駛里程;而工業電機通常對功率密度、效率和成本進行綜合考慮,在額定工作點附近對效率進行優化。
5、電動汽車驅動電機要求工作可控性高、穩態精度高、動態性能好;而工業電機只有某一種特定的性能要求。
6、電動汽車驅動電機被裝在機動車上,空間小,工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動等等惡劣環境下。而工業電機通常在某一個固定位置工作。

⑤ 新能源汽車電動機的性能指標有哪些

驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛採用直流串激電動機,這種電機具有軟的機械特性,與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由於存在換向火花,功率小、效率低,維護保養工作量大;隨著電機控制技術的發展,勢必逐漸被直流無刷電動機(bldcm)、開關磁阻電動機(srm)和交流非同步電動機所取代,如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機。
電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的,其作用是控制電動機的電壓或電流,完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。
早期的電動汽車上,直流電動機的調速採用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的,且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜,現已很少採用。目前應用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻地改變電動機的端電壓,控制電動機的電流,來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中,它也逐漸被其他電力晶體管(入gto、mosfet、btr及igbt等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看,伴隨著新型驅動電機的應用,電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用,將成為必然的趨勢。
在驅動電動機的旋向變換控制中,直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電動機的旋向變換,這使得電路復雜、可靠性降低。當採用交流非同步電動機驅動時,電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可,可使控制電路簡化。此外,採用交流電動機及其變頻調速控制技術,使電動汽車的制動能量回收控制更加方便,控制電路更加簡單。
電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣,是為汽車減速或停車而設置的,通常由制動器及其操縱裝置組成。在
電動汽車上,一般還有電磁製動裝置,它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行,使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流,從而得到再生利用。目前國內電動汽車在大功率載客汽車,給提供空氣制動設備有耐力naili滑片式空氣壓縮機,主要是壓縮空氣的制動方式。

⑥ 新能源電動汽車的驅動電動機

驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前電動汽車上廣泛採用直流串激電動機,這種電機具有軟的機械特性,與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由於存在換向火花,功率小、效率低,維護保養工作量大;隨著電機控制技術的發展,勢必逐漸被直流無刷電動機(BLDCM)、開關磁阻電動機(SRM)和交流非同步電動機所取代,如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機。 電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的,其作用是控制電動機的電壓或電流,完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。
早期的電動汽車上,直流電動機的調速採用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的,且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜,現已很少採用。目前應用較廣泛的是晶閘管斬波調速,通過均勻地改變電動機的端電壓,控制電動機的電流,來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中,它也逐漸被其他電力晶體管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看,伴隨著新型驅動電機的應用,電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用,將成為必然的趨勢。
在驅動電動機的旋向變換控制中,直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向,實現電動機的旋向變換,這使得電路復雜、可靠性降低。當採用交流非同步電動機驅動時,電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可,可使控制電路簡化。此外,採用交流電動機及其變頻調速控制技術,使電動汽車的制動能量回收控制更加方便,控制電路更加簡單。 電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣,是為汽車減速或停車而設置的,通常由制動器及其操縱裝置組成。在 電動汽車上,一般還有電磁製動裝置,它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行,使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流,從而得到再生利用。目前國內電動汽車在大功率載客汽車,給提供空氣制動設備有耐力NAILI滑片式空氣壓縮機,主要是壓縮空氣的制動方式。

⑦ 現在電動車電機一般分幾種怎麼區分是什麼電機

有刷直流電機型:採用永磁有刷直流電機,這種電機優點是控制系統簡單,成本低,過載能力強,但需要換向器和電刷,存在著機械磨損,影響了有刷電機的效率。

無刷直流電機型:採用科技含量較高的永磁無刷直流電機,由於無須電刷,沒轉動齒輪,不存在電刷的機械磨損。因此,他無干擾、壽命長、效率高、運行可靠、維護簡單。與有刷電機相比,不足之處是控制系統復雜、成本較高,雖然如此,但將是直流驅動電機的發展趨勢。

(7)最新型電動汽車電機擴展閱讀:

用於電動汽車的驅動電機與常規的工業電機不同。電動汽車的驅動電機通常要求頻繁的啟動/停車、加速/減速,低速或爬坡時要求高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,並要求變速范圍大。

而工業電機通常優化在額定的工作點。因此,電動汽車驅動電機比較獨特,應單獨歸為一類。

對無刷電機而言,根據電機是否具有位置感測器,又分為有位置感測器無刷電機和無位置感測器無刷電機。對於無位置感測器的無刷電機,必須要先將車用腳蹬起來,等電機具有一定的旋轉速度以後,控制器才能識別到無刷電機的相位,然後控制器才能對電機供電。

由於無位置感測器無刷電機不能實現零速度啟動,所以在2000年以後生產的電動車上用得較少。電動車行業內使用的無刷電機,普遍採用有位置感測器無刷電機。旋轉180°,線圈不動,霍耳元件感應到S極磁場,此時P1與R2截止,P2與R1導通,可以看到電流i』從電池正極經過R1、線圈、P2流到電池負極。

通電線圈中的A點的電流i』方向是指向接線頭的方向(矢量方向與i』矢量方向相反),磁鋼受到線圈的反作用力,一樣產生向逆時針方向的旋轉力矩。電動車用無刷電機的磁鋼數量比較多,線圈一般有3組,每組線圈都有相應的霍耳元件(3相線圈有3個霍耳元件),這樣電機旋轉時就更平穩,效率更高。

當磁鋼旋轉時,霍耳元件感應到磁場方向變化後給出相應控制信號,無刷控制器根據此信號控制著上3路與下3路功率管的導通與截止。

⑧ 電動車電機型號大全

普通電動車,350或者500w,電摩款,500或者800w,一般的就是這個情況.
電動車分為交流電動車和直流電動車。通常說的電動車是以電池作為能量來源,通過控制器、電機等部件,將電能轉化為機械能運動,以控制電流大小改變速度的車輛。

⑨ 請問目前電動汽車使用的電機種類有哪些

電動汽車電機

題詞:用技術創新來降低電動汽車之成本
摘要:電動國汽車的主要成本在電池、充電機、電機和控制器,以快速充電的電池和充電網路之保障,減少電池車載量,以組合電機和磁力驅動器來替代主電機和電子調速控制器,機械變速箱和離合器,以降低成本,用自主知識產權的驅動技術來取代汽車電子控制技術,免得日後受制於外國專利。

國內中低檔轎車價格日趨下降,2004年10月份國內奧托和吉利競爭推出極低價轎車,3萬元/輛以內,相比這下:電動汽車目前成本仍高居不下,究其原因是:電動汽車目前尚處於研發階段,樣車和試運行階段,根本無批量可言,這是與流水線生產燃油汽車所不能比擬的,這是現實,也是可以理解的。
同時目前各式電動汽車能示範運行的,都是在原燃油汽車的底盤、車廂之基礎上改裝而成的,即將發動機、油箱等系統全數拆下,然後裝上電動機,電池等相關配套設備就形成電動汽車,而混合動力是在原然油系統基礎上加裝一套電池、電氣驅動系統,形成了油、電混合驅動系統。那麼,電動汽車成本主要就在電池、充電機、驅動電機、控制器和電源轉換設備等產品組成,約佔到整車造價成本50—60%。
目前以純電動汽車為例,電池有採用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池,電源有的採用直流電源、驅動直流電機,有的將車載直流電源經逆變器轉換成交流電三相380V,供給三相非同步電機,採用變頻設備來調速。
電池品種不同和儲電量不同,其總體造價差異很大,另外電動汽車之儲電量加大多少,使成本成倍增長,如鋰電池裝備轎車,如續行里程300km,電池成本約4萬元以上,500km以上續行里程,電池成本為8萬元以上,這種研發思路是白天行駛晚上充電,為了使續行里程不亞於燃油汽車,就構成了電池成本的居高不下。
電動汽車驅動電機不同,其成本也差異甚大,若採用直流有刷電機,車載電源可直接供給電機,使用這種電機採用晶閘管式控制器斬波方式調速。目前電動汽車用直流有刷電機已經能滿足電動汽車使用要求,但由於產量有限成本很高,品種規格不多,選擇餘地較小,晶閘管控制器原採用外國公司如義大利和美國產品,現在可以國產化,成本較高,同時關鍵元器件均採用外國公司生產和控制。
若用直流無刷電機,其必須與控制器一體製成,成本更高。以調電源脈沖寬度來調電機轉速,優點是體積小,重量輕。電機能國產化,控制器的關鍵元器件均由國外公司生產,成本降下來可能性不大,且目前這種電機與電動汽車一樣屬研發階段,形不成批量,成本高就在情理之中。
若用交流非同步電機作為電動汽車驅動電機,其優點:體積小、重量輕,國產質量不差,由於車載電源系直流電,需將電源經逆變器轉換成交流電,汽車電機電壓380V左右,功率在幾十kw不等,其逆變器功率不小,成本也不會低到哪裡去,交流電機調速由變頻方式調速,交流非同步電機採用變頻變壓控制(VVVF)和磁場定向控制(FOC)也稱矩量控制或解耦控制、變極控制。變頻控制器國產、進口都有,但關鍵元器件均為進口,因此,要降低成本也不太可能。
至於正在研發中的磁阻電機,也要由電子控制器來控制調速,其成本情況與上述相同。開關磁阻電機採用模糊滑模控制(FSMC)方法來控制電機和調速,它若沒有這種電子控制設備,電機就不能工作。
電動機的轉速越高則電樞繞且切割磁場越快,產生的反電勢越高。反而限制了電流,使轉矩降低,低轉速下卻可輸出較大轉矩。因此在阻力較大的路面或走上坡路時,由於轉矩較大,所以要消耗較大的電流,換句話說,電動機在低速運動,電動車在慢速行駛時,電流輸出並不小,只是電壓降低了。
電動機要調速度,就得通過改變電壓來實現,這是電動機調速的理論基礎。而將車載電源之電壓降低至電機調速之低電壓,將有限的電源消耗在頻繁的調速中,是一種浪費。
電機最高效率在額定轉速那裡,往下調速就效率低,轉速越低效率越低。而為了提高車載電源的利用率,應該希望電機的效率越高越好。
電動汽車驅動電機,要求啟動、爬坡時高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,要求變速范圍大。直流有刷電機、直流永磁無刷電機、交流非同步電機、磁阻電機是目前電動汽車驅動電機的主流技術和首選機型,它們有一個不可避開的設備,電子控制設備和微機控制技術,這個構成了電動汽車成本的主要部份之一和技術障礙,目前核心技術掌握在外國人手中,我們要就得向他們購買,將來中國各種電動汽車推開形成產業,或有朝一日中國能出口電動汽車時,國外控制器核心技術擁有者會象彩電、DVD一樣,來收專利費,這是後話,但這種可能並非天方夜譚。
若要降低電動汽車總成本,只能在電池、充電器、電機、控制器產品方面作文章。要用技術創新的思路來改變這一局面,發明出一種新的電機驅動,變速機構系統和電池充電模式,走自己特色的路。
如果在電動汽車上電池裝的少,在確保電機正常運作,同時在各種路況運行條件下,不損害電池壽命的前提下,以一次充電續行里程200km左右,也即所載電池供電機,整車工作2—3小時,然後在快速充電機上補充電源,這就要求電池能以1C以上或2C--3C電流充電。另外電動車應在一個城市一個區域行駛,在它們的行駛范圍內有公用充電站,在極短時間內如10分種、15分鍾將電池組充至80%--90%,能行使100km--150km。電動汽車本身配有車載充電器,回家在車庫里慢充電,車載電池裝得少,整車質量就小,能有效增載入荷,造價也低。
電動機應採用直流有刷電機,稍作改進後直接驅動,不用逆變電源,削去這一塊成本,電機調速問題不採用暫波,調脈,調頻率的通常做法,改用調內燃機油門的原理,車用驅動電機之功率,分解成若干個小功率電機,組成一個組合電機,該組合內的各個電機功率相等或功率大小不一,在啟動、加速、輕載、重載、爬坡、怠速時分別啟動或關閉其中幾個電機,使之工作或停機。即駕駛員根據電動汽車實際運行狀況來調節電機工作的數量和總功率,而工作的電機始終以額定轉速恆定輸出轉速和扭矩,而不必對其進行調速,這樣就不再用電子控制器和調速器。
多電機驅動能減小整車主電機的電流和額定值功率,減小單個電機驅動時所需大電流對車載電池的沖擊,這點對已使用較長時間壽命的電池和車載電池組內所儲電量不多時的電池情況猶為重要和關鍵,能延長電池使用壽命。
目前在研製的電動汽車,其驅動機構中,有的仍保留原汽車中的機械變速器和離合器,這主要是電動機調速控制的不是很理想所致,因而保留了它。應取消原機械變速箱和離合器,採用磁性驅動器,來無極變速,通過調節主動和從動器件的間距,就能達到變速箱離合器的作用,與組合電機二者配合,就成了一個有機整體的電機驅動系統。磁力驅動器調速可和單個大電機進行匹配也可與組合電機之幾個小功率電機進行匹配,在這種匹配中,電機始終以額定轉速在工作,由於磁力驅動器的調節,電動車的車速快、慢有變化,這時電機的負載,轉矩就跟著變化,即整車需要大的轉矩,電機或電機組就輸出大轉矩,反之就輸出小轉矩,電機的轉矩變化隨整車之需要而變化,電機的功耗也隨之變化,這樣就做到整車需多少轉矩,電機就輸出多少轉矩,就耗多少電,既節能又不必通過復雜的電機控制系統。電機運行時,轉速越高,轉矩越小,轉速越低,轉矩越大,這就是載重負載大,或爬坡時要降低轉速加大轉矩,而和電動機正好達到了統一。中國稀土永磁材料在世界上 居優勢地位,應著力開發應用,而用直流稀土永磁有刷電機與磁力驅動器,就完全利用稀土永磁材料,完全具有中國自主知識產權,整個成本也大大低於「電機、控制器、機械變速箱、離合器」的總成本。而且將來也不受制於外國公司。
電動汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車,它們都以電動機來驅動行駛的,若組合電機和磁力驅動器能應用到這些車上,對這種車型的總成本會降低很多,這樣就容易為市場所接受,與內燃機汽車相比,更具競爭力。因此組合電機和磁力驅動器的研發,將對電動汽車研發,產業化起到推動作用,具積極意義。
如果用價格甚低的汽車如奧托、吉利,3萬元/輛,撤除發動機、離合器、變速箱、油箱、供油系統等,那麼扣去這一塊成本約5000—6000元左右,那麼整車成本約2.5萬元/輛左右,然後配上電池組,車載充電機、電機、磁力驅動器等,其總成本在3萬—3.5萬元套,那麼經濟型家用或出租用電動轎車,其成本在6—7萬元左右是可以實現的。這種轎車是有競爭力的,而且電費經測算約10元/100km,每100km耗電18kw/h左右。一般普通轎車每百公里耗油為8升/100km,按2004年10月份油價3.63元/升計,約30元/100kw的耗油費。前者是後者的1/3,如果2005年實施燃油稅,那麼油耗用將進一步增加,而電動汽車目前應屬扶持對象,而且電費2005年變化不會太大,其耗電費也不會增加,兩者相較,電動汽車在運行費用方面是有競爭力的。

電動汽車驅動電機性能比較

摘要:驅動電機系統是電動汽車的關鍵技術之一。本文對電動汽車的幾種典型驅動系統進行了定性分析,對它們的性能進行了比較,指出了它們各自的優缺點。

關鍵詞:電動汽車;驅動電機;分析;性能比較

人類與環境共存和全球經濟的可持續發展使人們迫切希望尋求到一種低排放和有效利用資源的交通工具,使用電動汽車無疑是一種很有希望的方案。

現代電動汽車是融合了電力、電子、機械控制、材料科學以及化工技術等多種高新技術的綜合產品。整體的運行性能、經濟性等首先取決於電池系統和電機驅動控制系統。電動汽車的電機驅動系統一般由4個主要部分組成,即控制器。功率變換器、電動機及感測器。目前電動汽車中使用的電動機一般有直流電動機、感應電動機、開關磁阻電動機以及永磁無刷電動機等。

1 電動汽車對電動機的基本要求

電動汽車的運行,與一般的工業應用不同,非常復雜。因此,對驅動系統的要求是很高的。

1.1 電動汽車用電動機應具有瞬時功率大,過載能力強、過載系數應為3~4),加速性能好,使用壽命長的特點。

1.2 電動汽車用電動機應具有寬廣的調速范圍,包括恆轉矩區和恆功率區。在恆轉矩區,要求低速運行時具有大轉矩,以滿足起動和爬坡的要求;在恆功率區,要求低轉矩時具有高的速度,以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。

1.3 電動汽車用電動機應能夠在汽車減速時實現再生制動,將能量回收並反饋回蓄電池,使得電動汽車具有最佳能量的利用率,這在內燃機汽車上是不能實現的。

1.4 電動汽車用電動機應在整個運行范圍內,具有高的效率,以提高1次充電的續駛里程。

另外還要求電動汽車用電動機可靠性好,能夠在較惡劣的環境下長期工作,結構簡單適應大批量生產,運行時雜訊低,使用維修方便,價格便宜等[1-2]。

2 電動汽車用電動機的種類和控制方法

2.1 直流電動機

有刷直流電動機的主要優點是控制簡單、技術成熟。具有交流電機不可比擬的優良控制特性。在早期開發的電動汽車上多採用直流電動機,即使到現在,還有一些電動汽車上仍使用直流電動機來驅動。但由於存在電刷和機械換向器,不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高,而且如果長時間運行,勢必要經常維護和更換電刷和換向器。另外,由於損耗存在於轉子上,使得散熱困難,限制了電機轉矩質量比的進一步提高。鑒於直流電動機存在以上缺陷,在新研製的電動汽車上已基本不採用直流電動機[3]。

2.2 交流三相感應電動機

2.2.1 交流三相感應電動機的基本性能

交流三相感應電動機是應用得最廣泛的電動機。其定子和轉子採用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環、換向器等部件。結構簡單,運行可靠,經久耐用。交流感應電動機的功率覆蓋面很寬廣,轉速達到12000~15000r/min。可採用空氣冷卻或液體冷卻方式,冷卻自由度高。對環境的適應性好,井能夠實現再生反饋制動。與同樣功率的直流電動機相比較,效率較高,質量減輕一半左右,價格便宜,維修方便。

2.2.2 交流感應電動機的控制系統

由於交流三相感應電動機不能直接使用蓄電池供給的直流電,另外交流三相感應電動機具有非線性輸出特性。因此,在採用交流三相感應電動機的電動汽車上,需要應用逆變器中的功率半導體器件,將直流電變為頻卒和幅值都可以調節的交流電來實現對交流三相電動機的控制。主要有v/f控製法、轉差頻率控製法。

用矢量控製法,對交流三相感應電動機的勵磁繞組交流電的頻率和輸入交流三相感應電動機的端調控制,控制交流三相感應電動機旋轉磁場的磁通量和轉矩,實現改變交流三相感應電動機轉速和輸出轉矩,來滿足負載變化特性的要求,並能夠獲得最高效率,從而使得交流三相感應電動機能夠在電動汽車上得到廣泛應用。

2.2.3 交流三相感應電動機的不足

交流三相感應電動機的耗電量較大,轉子容易發熱,在高速運轉時需要保證對交流三相感應電動機的冷卻,否則會損壞電動機。交流三相感應電動機的功率因數較低,使得變頻變壓裝置的輸入功率因數也較低,因此需要採用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應電動機的控制系統的造價遠遠高於交流三相感應電動機本身,增加了電動汽車的成本[2-4]。另外,交流三相感應電動機的調速性也較差。

2.3 永磁無刷直流電動機

2.3.1永磁無刷直流電動機的基本性能

永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有刷組成的機械接觸結構。加之,它採用永磁體轉子,沒有勵磁損耗:發熱的電樞繞組又裝在外面的定子上,散熱容易,因此,永磁無刷直流電動機沒有換向火花,沒有無線電干擾,壽命長,運行可靠,維修簡便。此外,它的轉速不受機械換向的限制,如果採用空氣軸承或磁懸浮軸承,可以在每分鍾高達幾十萬轉運行。永磁無刷直流電動機機系統相比具有更高的能量密度和更高的效率,在電動汽車中有著很好的應用前景。

2.3.2 永磁無刷直流電動機的控制系統

典型的永磁無刷直流電動機是一種准解耦矢量控制系統,由於永磁體只能產生固定幅值磁場,因而永磁無刷直流電動機系統非常適合於運行在恆轉矩區域,一般採用電流滯環控制或電流反饋型SPWM法來完成。為進一步擴充轉速,永磁無刷直流電動機也可以採用弱磁控制。弱磁控制的實質是使相電流相位角超前,提供直軸去磁磁勢來削弱定子繞組中的磁鏈。

2.3.3 永磁無刷直流電動機的不足

永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制,使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小,最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導磁性能可能會下降或發生退磁現象,將降低永磁電動機的性能,嚴重時還會損壞電動機,在使用中必須嚴格控制,使其不發生過載。永磁無刷直流電動機在恆功率模式下,操縱復雜,需要一套復雜的控制系統,從而使得永磁無刷直流電動機的驅動系統造價很高[5-10]。

2.4 開關磁阻電動機

2.4.1 開關磁阻電動機的基本性能

開關磁阻電動機是一種新型電動機,該系統具有很多明顯的特點:它的結構比其它任何一種電動機都要簡單,在電動機的轉子上沒有滑環、繞組和永磁體等,只是在定子上有簡單的集中繞組,繞組的端部較短,沒有相間跨接線,維護修理容易。因而可靠性好,轉速可達15000 r/min。效率可達85%~93%呢,比交流感應電動機要高。損耗主要在定子,電機易於冷卻;轉子元永磁體,調速范圍寬,控制靈活,易於實現各種特殊要求的轉矩一速度特性,而且在很廣的范圍內保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。

2.2.4 開關磁阻電動機的控制系統

開關磁阻電動機具有高度的非線性特性,因此,它的驅動系統較為復雜。它的控制系統包括功率變換器。

a. 功率變換器

開關磁阻電動機的勵磁繞組,無論通過正向電流或反向電流,其轉矩方向不變,期換向,每相只需要一個容量較小的功率開關管,功率變換器電路較簡單,不會出現直通故障,可靠性好,易於實現系統的軟啟動和四象限運行,具有較強的再生制動能力。成本比交流三相感應電動機的逆變器控制系統要低。

b.控制器

控制器由微處理器、數字邏輯電路等元件組成。微處理器根據駕駛員輸入的命令,同時對位置檢測器、電流檢測器所反饋的電動機轉子位置,進行分析、處理,並在瞬間做出決策,發出一系列執行命令,來控制開關磁阻電動機適應電動汽車不同條件下運行。控制器性能好壞和調節的靈活性,取決於微處理器的軟體和硬體的性能配合關系。

c.位置檢測器

開關磁阻電動機需要高精度的位置檢測器,來為控制系統提供電動機轉子的位置、轉速和電流的變化信號,並要求有較高的開關頻率以降低開關磁阻電動機的雜訊。

2.4.3 開關磁阻電動機的不足

開關磁阻電動機的控制系統比其他電動機的控制系統復雜一些,位置檢測器是開關磁阻電動機的關鍵器件,其性能對開關磁阻電動機的控制操作有重要影響。由於開關磁阻電動機為雙凸極結構,不可避免地存在轉矩波動,雜訊是開關磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究表明,採用合理的設計、製造和控制技術,開關磁阻電動機的雜訊完全可以得到良好的抑制。另外,由於開關磁阻電動機輸出轉矩波動較大,功率變換器的直流電流波動也較大,所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器[2,11-13]

3 電動汽車採用的備種驅動電動機性能比較

電動汽車在不同的歷史時期採用了不同的電動是採用了控制性能最好和成本較低的直流電動機。隨著電機技術、機械製造技術、電力電子技術和自動控制技術的不斷發展,交流電動機。永磁元刷直流電動機和開關磁阻電動機顯示出比直流電動機更加優越的性能,在電動汽車上,這些電動機逐步取代了直流電動機。表1為現代電動汽車所採用的各種電動機的基本性能比較。目前交動機、永磁電動機和開關磁阻電動機以及它們的控制裝置,成本還比較高,形成批量生產以後,這些電動機和單元控制裝置的價格會迅速降低,將能夠滿足經濟效益的要求,並使電動汽車整車價格降低[2]。

⑩ 電動汽車有哪幾種驅動電機

直流電動機、交流電動機、永磁同步電動機交流非同步電動機等等

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