最新型电动汽车电机
① 新能源汽车电机
永磁交流电动机需要将位置信号传给电机控制器,以便实现闭环控制。以前用光学编码器,现在用旋转变压器。旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。以上回答希望对你有用。
② 纯电动汽车电机的类型
姑且不论EV,就是在电车中,感应电机也是最常用的电机。
图1
图1 是笔者所在的公司为小型EV 试制的感应电机(最大功率为7.3kW,额定功率为3kW)。感应电机的最大特征是磁场中(在电机上产生磁场的定子部分)不使用永久磁铁,不会被稀土问题所左右。并且,因为没有永久磁铁,用于EV 时还没有“空驶拖曳现象”(铁损),空驶时的效率高。因为要输入3 相交流电,所以感应电机要与产生3 相交流电的逆变器(电力变换器)的电子电路部分配合使用。
感应电机没有永久磁铁,所以从原理上讲,电机旋转时不产生感应电压,容易控制驱动电流的波形。这可以说是优点。但是与后述的无刷电机相比,效率还是稍有不及。并且,与无刷电机相比,功率密度稍低,所以质量偏重。在工业和家电产品方面早已普及,可以说是成本最优的电机。在市售EV 中,美国特斯拉电机公司的特斯拉活动顶蓬轿车采用了这种形式的电机。
无刷电机(BLM)
包含前述的感应电机,这里介绍的4 种类型的电机中的3 种没有电刷,所以,哪一个都可以说是无刷电机的一种。但是,通常所说的“无刷电机”,是指采用永久磁铁的无刷直流电机(Brushless DCMotor)。尽管叫做直流电机,其实电机本身也是输入三相交流电而工作的,所以,可以归类于交流电机。
因为分类比较复杂,所以这里把这种电机简称为无刷电机(Brushless Motor,BLM)。输入到无刷电机的交流电,不是固定波形的工频电源,而是被称为逆变器的电力变换器生成的。
逆变器持续判断电机状态,同时从直流电源生成适当波形的三相交流电。逆变器上装有微处理器,用程序精确地控制波形的生成。
图2
图2是笔者试制的小型EV 用无刷电机(额定功率为20kW )。无刷电机的磁场采用了永久磁铁,考虑到旋转中感应电压的影响(作为电机,在电动的同时也伴生发电),所以要求使用先进的控制技术。无刷电机的特点是效率高、控制性能优良,近来经常用于家电产品中。现在日本市售EV 几乎都是使用无刷电机的。
图3
图3 是使用了无刷电机的试制EV(燃油汽车改装)。
开关磁阻电机(SRM)
还有一种类型的无刷电机—— 开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM), 简称SR 电机或SRM。
图4
图4 是笔者所在的公司试制的开关磁阻电机(最大功率为4.3kW,额定功率约2kW)。开关磁阻电机的最大特征是,磁场不使用
③ 电动车电机有那几种,什么牌子最好
目前市面上比较流行的电动汽车电机主要有三类,一是无刷直流电动机,二是交流异步电动机,三是永磁同步电动机。虽说市面上采用这三种电机类型的车型都存在,不过,不可否认的是,永磁同步电动机正在逐渐的占据市场,成为保有量最大的电动机类型,下面我们就来看看这三种电动机各自的特点,以及为什么永磁同步电动机得到了大多数厂家的认可。
无刷直流电动机:
这主要是由于厂家看中了直流电机产品成熟,控制方式简单,调速优良的特点。尤其是在入门级车型上,这种方案成熟的电动机得到了重用。的确,在起步阶段,选择发展成熟的产品也是一种稳妥的做法。
不过,直流电动机的短板也同样突出,首先就是它的转速范围较窄,而且最高转速仅为6000rpm左右,这样的转速对于动辄七八千转的电动车来说显然不太合适。而加装二级减速器或具备一定传动齿比范围的CVT变速箱来弥补这一缺陷的话,又会出现其他的弊端。比如,更加复杂的传动结构对于空间的利用和重量的控制都会起到不利的影响。如果和一般电动车一样只配备单速减速器,车辆的最高时速和提速能力都会受到一定的影响。
此外,由于无刷直流电动机的结构相对其他产品也更加复杂,长时间工作的情况下,电机的机械结构会产生损耗,提高了后期维护成本。这也是此类电动机被弃用的原因之一。
交流异步电动机:
在前几年,交流异步电动机的应用较为普遍,很多大家熟知的车型都采用了这种电机,包括特斯拉在内的部分品牌车型,至今还在沿用这一类型的电动机。
首先,咱们先来说说永磁同步电机的含义。其中的永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。这样一来,只要控制电机的定子绕组输入电流频率,即可控制车速,非常便捷。而且永磁同步电动机的结构与直流电动机相似,这使得它具备了无刷直流电动机结构简单、运行可靠、调速性能好的特点。
其实,永磁同步电机的最大优点就是相比于其他种类的电机,在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为车辆提供最大的动力输出。也就是说,相同动力输出的永磁同步电机要比其他类型电机的体积更小、重量更轻。为了保证续航能力,电动汽车需要携带大量的电池组,负重很大,所以对于纯电动车来说,其他部件的轻量化至关重要,良好的重量控制可以有效降低能耗、延长续航里程。更小的体积也意味着它可以将共多的空间贡献给车内,带来更加舒适的乘坐空间。网页链接
④ 电动汽车电机的详细介绍
除了发电功能外,电动汽车的电机主要还是起电动机的,所以我们以电动机来分类:(只作简单分类)
1.按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。
直流电机:
按结构及工作原理可划分:无刷直流电机和有刷直流电机。
又可分为永磁直流电机和电磁直流电机。
永磁直流电机按材料又分为稀土、铁氧体、铝镍钴永磁直流电机。
电磁直流电机按励磁方式又分为串励、并励、他励和复励直流电机。
交流电机可分:单相电机和三相电机
2.按结构和工作原理划分:可分为直流电机、异步电机、同步电机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
3.按用途分,有驱动电机和控制用电机。
4.按运转速度分,有高速电机、低速电机、恒速电机和调速电机。
低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 1.交流电机
单相异步电机通过电容移相作用,将单相交流电分离出另一相相位差90度的交流电。将这两相交流电分别送入两组或四组电机线圈绕组,就在电机内形成旋转的磁场,旋转磁场在电机转子内产生感应电流,感应电流产生的磁场与旋转磁场方向相反,被旋转磁场推拉进入旋转状态,由于转子必须切割磁力线才能产生感应电流,因此转子转速必须低于旋转磁转速,故称异步电机。
三相异步电机不必通过电容移相,本身就有相差120度的三相交流电,故产生的旋转磁场更均匀,效率更高。
永磁同步交流电动机的磁场由永久磁铁产生,转子线圈通过电刷供电,转速与交流电频率为整倍数(分数)关系(视转子线圈绕组数而定),故称同步电机。
转子线圈通过电刷供电,定子通过线圈绕组产生旋转磁场的电机,按转子线圈与定子线圈的串、并联关系分别称串励、并励电机。
2.直流电机
直流电机有定子和转子两大部分组成,定子上有磁极(绕组式或永磁式),转子有绕组,通电后,转子上形成磁场(磁极),定子和转子的磁极之间有一个夹角,在定转子磁场(N极和S极之间)的相互吸引下,使电机旋转。改变电刷的位置,就可以改变定转子磁极夹角(假设以定子的磁极为夹角起始边,转子的磁极为另一边,由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向)的方向,从而改变电机的旋转方向。 1.永磁式直流电机:
由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成。
定子磁极采用永磁体(永久磁钢),有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。
转子一般采用硅钢片叠压而成,漆包线绕在转子铁心的两槽之间(三槽即有三个绕组),其各接头分别焊在换向器的金属片上。
电刷是连接电源与转子绕组的导电部件,具备导电与耐磨两种性能。永磁电机的电刷使用单性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。
2.无刷直流电机:
由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。
无刷直流电机的特点是无刷,采用半导体开关器件(如霍尔元件)来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。
位置传感器按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。电动汽车多用的是霍尔元件。
采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。
采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。
定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。 他们在负载要求、技术性能和工作环境等方面有着特殊的要求:
1、电动汽车驱动电机需要有4-5倍的过载以满足短时加速或爬坡的要求;而工业电机只要求有2倍的过载就可以了。
2、电动汽车的最高转速要求达到在公路上巡航时基本速度的4-5倍,而工业电机只需要达到恒功率是基本速度的2倍即可。
3、电动汽车驱动电机需要根据车型和驾驶员的驾驶习惯设计,而工业电机只需根据典型的工作模式设计。
4、电动汽车驱动电机要求有高度功率密度(一般要求达到1kw/kg以内)和好的效率图(在较宽的转速范围和转矩范围内都有较高的效率),从而能够降低车重,延长续驶里程;而工业电机通常对功率密度、效率和成本进行综合考虑,在额定工作点附近对效率进行优化。
5、电动汽车驱动电机要求工作可控性高、稳态精度高、动态性能好;而工业电机只有某一种特定的性能要求。
6、电动汽车驱动电机被装在机动车上,空间小,工作在高温、坏天气、及频繁振动等等恶劣环境下。而工业电机通常在某一个固定位置工作。
⑤ 新能源汽车电动机的性能指标有哪些
驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机,这种电机具有软的机械特性,与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花,功率小、效率低,维护保养工作量大;随着电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(bldcm)、开关磁阻电动机(srm)和交流异步电动机所取代,如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现已很少采用。目前应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(入gto、mosfet、btr及igbt等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。
电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。在
电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。目前国内电动汽车在大功率载客汽车,给提供空气制动设备有耐力naili滑片式空气压缩机,主要是压缩空气的制动方式。
⑥ 新能源电动汽车的驱动电动机
驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机,这种电机具有软的机械特性,与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花,功率小、效率低,维护保养工作量大;随着电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(BLDCM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代,如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。 电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现已很少采用。目前应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。 电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。在 电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。目前国内电动汽车在大功率载客汽车,给提供空气制动设备有耐力NAILI滑片式空气压缩机,主要是压缩空气的制动方式。
⑦ 现在电动车电机一般分几种怎么区分是什么电机
有刷直流电机型:采用永磁有刷直流电机,这种电机优点是控制系统简单,成本低,过载能力强,但需要换向器和电刷,存在着机械磨损,影响了有刷电机的效率。
无刷直流电机型:采用科技含量较高的永磁无刷直流电机,由于无须电刷,没转动齿轮,不存在电刷的机械磨损。因此,他无干扰、寿命长、效率高、运行可靠、维护简单。与有刷电机相比,不足之处是控制系统复杂、成本较高,虽然如此,但将是直流驱动电机的发展趋势。
(7)最新型电动汽车电机扩展阅读:
用于电动汽车的驱动电机与常规的工业电机不同。电动汽车的驱动电机通常要求频繁的启动/停车、加速/减速,低速或爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,并要求变速范围大。
而工业电机通常优化在额定的工作点。因此,电动汽车驱动电机比较独特,应单独归为一类。
对无刷电机而言,根据电机是否具有位置传感器,又分为有位置传感器无刷电机和无位置传感器无刷电机。对于无位置传感器的无刷电机,必须要先将车用脚蹬起来,等电机具有一定的旋转速度以后,控制器才能识别到无刷电机的相位,然后控制器才能对电机供电。
由于无位置传感器无刷电机不能实现零速度启动,所以在2000年以后生产的电动车上用得较少。电动车行业内使用的无刷电机,普遍采用有位置传感器无刷电机。旋转180°,线圈不动,霍耳元件感应到S极磁场,此时P1与R2截止,P2与R1导通,可以看到电流i’从电池正极经过R1、线圈、P2流到电池负极。
通电线圈中的A点的电流i’方向是指向接线头的方向(矢量方向与i’矢量方向相反),磁钢受到线圈的反作用力,一样产生向逆时针方向的旋转力矩。电动车用无刷电机的磁钢数量比较多,线圈一般有3组,每组线圈都有相应的霍耳元件(3相线圈有3个霍耳元件),这样电机旋转时就更平稳,效率更高。
当磁钢旋转时,霍耳元件感应到磁场方向变化后给出相应控制信号,无刷控制器根据此信号控制着上3路与下3路功率管的导通与截止。
⑧ 电动车电机型号大全
普通电动车,350或者500w,电摩款,500或者800w,一般的就是这个情况.
电动车分为交流电动车和直流电动车。通常说的电动车是以电池作为能量来源,通过控制器、电机等部件,将电能转化为机械能运动,以控制电流大小改变速度的车辆。
⑨ 请问目前电动汽车使用的电机种类有哪些
电动汽车电机
题词:用技术创新来降低电动汽车之成本
摘要:电动国汽车的主要成本在电池、充电机、电机和控制器,以快速充电的电池和充电网络之保障,减少电池车载量,以组合电机和磁力驱动器来替代主电机和电子调速控制器,机械变速箱和离合器,以降低成本,用自主知识产权的驱动技术来取代汽车电子控制技术,免得日后受制于外国专利。
国内中低档轿车价格日趋下降,2004年10月份国内奥托和吉利竞争推出极低价轿车,3万元/辆以内,相比这下:电动汽车目前成本仍高居不下,究其原因是:电动汽车目前尚处于研发阶段,样车和试运行阶段,根本无批量可言,这是与流水线生产燃油汽车所不能比拟的,这是现实,也是可以理解的。
同时目前各式电动汽车能示范运行的,都是在原燃油汽车的底盘、车厢之基础上改装而成的,即将发动机、油箱等系统全数拆下,然后装上电动机,电池等相关配套设备就形成电动汽车,而混合动力是在原然油系统基础上加装一套电池、电气驱动系统,形成了油、电混合驱动系统。那么,电动汽车成本主要就在电池、充电机、驱动电机、控制器和电源转换设备等产品组成,约占到整车造价成本50—60%。
目前以纯电动汽车为例,电池有采用铅酸电池、镍氢电池、锂电池,电源有的采用直流电源、驱动直流电机,有的将车载直流电源经逆变器转换成交流电三相380V,供给三相异步电机,采用变频设备来调速。
电池品种不同和储电量不同,其总体造价差异很大,另外电动汽车之储电量加大多少,使成本成倍增长,如锂电池装备轿车,如续行里程300km,电池成本约4万元以上,500km以上续行里程,电池成本为8万元以上,这种研发思路是白天行驶晚上充电,为了使续行里程不亚于燃油汽车,就构成了电池成本的居高不下。
电动汽车驱动电机不同,其成本也差异甚大,若采用直流有刷电机,车载电源可直接供给电机,使用这种电机采用晶闸管式控制器斩波方式调速。目前电动汽车用直流有刷电机已经能满足电动汽车使用要求,但由于产量有限成本很高,品种规格不多,选择余地较小,晶闸管控制器原采用外国公司如意大利和美国产品,现在可以国产化,成本较高,同时关键元器件均采用外国公司生产和控制。
若用直流无刷电机,其必须与控制器一体制成,成本更高。以调电源脉冲宽度来调电机转速,优点是体积小,重量轻。电机能国产化,控制器的关键元器件均由国外公司生产,成本降下来可能性不大,且目前这种电机与电动汽车一样属研发阶段,形不成批量,成本高就在情理之中。
若用交流异步电机作为电动汽车驱动电机,其优点:体积小、重量轻,国产质量不差,由于车载电源系直流电,需将电源经逆变器转换成交流电,汽车电机电压380V左右,功率在几十kw不等,其逆变器功率不小,成本也不会低到哪里去,交流电机调速由变频方式调速,交流异步电机采用变频变压控制(VVVF)和磁场定向控制(FOC)也称矩量控制或解耦控制、变极控制。变频控制器国产、进口都有,但关键元器件均为进口,因此,要降低成本也不太可能。
至于正在研发中的磁阻电机,也要由电子控制器来控制调速,其成本情况与上述相同。开关磁阻电机采用模糊滑模控制(FSMC)方法来控制电机和调速,它若没有这种电子控制设备,电机就不能工作。
电动机的转速越高则电枢绕且切割磁场越快,产生的反电势越高。反而限制了电流,使转矩降低,低转速下却可输出较大转矩。因此在阻力较大的路面或走上坡路时,由于转矩较大,所以要消耗较大的电流,换句话说,电动机在低速运动,电动车在慢速行驶时,电流输出并不小,只是电压降低了。
电动机要调速度,就得通过改变电压来实现,这是电动机调速的理论基础。而将车载电源之电压降低至电机调速之低电压,将有限的电源消耗在频繁的调速中,是一种浪费。
电机最高效率在额定转速那里,往下调速就效率低,转速越低效率越低。而为了提高车载电源的利用率,应该希望电机的效率越高越好。
电动汽车驱动电机,要求启动、爬坡时高转矩,高速行驶时要求低转矩,要求变速范围大。直流有刷电机、直流永磁无刷电机、交流异步电机、磁阻电机是目前电动汽车驱动电机的主流技术和首选机型,它们有一个不可避开的设备,电子控制设备和微机控制技术,这个构成了电动汽车成本的主要部份之一和技术障碍,目前核心技术掌握在外国人手中,我们要就得向他们购买,将来中国各种电动汽车推开形成产业,或有朝一日中国能出口电动汽车时,国外控制器核心技术拥有者会象彩电、DVD一样,来收专利费,这是后话,但这种可能并非天方夜谭。
若要降低电动汽车总成本,只能在电池、充电器、电机、控制器产品方面作文章。要用技术创新的思路来改变这一局面,发明出一种新的电机驱动,变速机构系统和电池充电模式,走自己特色的路。
如果在电动汽车上电池装的少,在确保电机正常运作,同时在各种路况运行条件下,不损害电池寿命的前提下,以一次充电续行里程200km左右,也即所载电池供电机,整车工作2—3小时,然后在快速充电机上补充电源,这就要求电池能以1C以上或2C--3C电流充电。另外电动车应在一个城市一个区域行驶,在它们的行驶范围内有公用充电站,在极短时间内如10分种、15分钟将电池组充至80%--90%,能行使100km--150km。电动汽车本身配有车载充电器,回家在车库里慢充电,车载电池装得少,整车质量就小,能有效增加载荷,造价也低。
电动机应采用直流有刷电机,稍作改进后直接驱动,不用逆变电源,削去这一块成本,电机调速问题不采用暂波,调脉,调频率的通常做法,改用调内燃机油门的原理,车用驱动电机之功率,分解成若干个小功率电机,组成一个组合电机,该组合内的各个电机功率相等或功率大小不一,在启动、加速、轻载、重载、爬坡、怠速时分别启动或关闭其中几个电机,使之工作或停机。即驾驶员根据电动汽车实际运行状况来调节电机工作的数量和总功率,而工作的电机始终以额定转速恒定输出转速和扭矩,而不必对其进行调速,这样就不再用电子控制器和调速器。
多电机驱动能减小整车主电机的电流和额定值功率,减小单个电机驱动时所需大电流对车载电池的冲击,这点对已使用较长时间寿命的电池和车载电池组内所储电量不多时的电池情况犹为重要和关键,能延长电池使用寿命。
目前在研制的电动汽车,其驱动机构中,有的仍保留原汽车中的机械变速器和离合器,这主要是电动机调速控制的不是很理想所致,因而保留了它。应取消原机械变速箱和离合器,采用磁性驱动器,来无极变速,通过调节主动和从动器件的间距,就能达到变速箱离合器的作用,与组合电机二者配合,就成了一个有机整体的电机驱动系统。磁力驱动器调速可和单个大电机进行匹配也可与组合电机之几个小功率电机进行匹配,在这种匹配中,电机始终以额定转速在工作,由于磁力驱动器的调节,电动车的车速快、慢有变化,这时电机的负载,转矩就跟着变化,即整车需要大的转矩,电机或电机组就输出大转矩,反之就输出小转矩,电机的转矩变化随整车之需要而变化,电机的功耗也随之变化,这样就做到整车需多少转矩,电机就输出多少转矩,就耗多少电,既节能又不必通过复杂的电机控制系统。电机运行时,转速越高,转矩越小,转速越低,转矩越大,这就是载重负载大,或爬坡时要降低转速加大转矩,而和电动机正好达到了统一。中国稀土永磁材料在世界上 居优势地位,应着力开发应用,而用直流稀土永磁有刷电机与磁力驱动器,就完全利用稀土永磁材料,完全具有中国自主知识产权,整个成本也大大低于“电机、控制器、机械变速箱、离合器”的总成本。而且将来也不受制于外国公司。
电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车,它们都以电动机来驱动行驶的,若组合电机和磁力驱动器能应用到这些车上,对这种车型的总成本会降低很多,这样就容易为市场所接受,与内燃机汽车相比,更具竞争力。因此组合电机和磁力驱动器的研发,将对电动汽车研发,产业化起到推动作用,具积极意义。
如果用价格甚低的汽车如奥托、吉利,3万元/辆,撤除发动机、离合器、变速箱、油箱、供油系统等,那么扣去这一块成本约5000—6000元左右,那么整车成本约2.5万元/辆左右,然后配上电池组,车载充电机、电机、磁力驱动器等,其总成本在3万—3.5万元套,那么经济型家用或出租用电动轿车,其成本在6—7万元左右是可以实现的。这种轿车是有竞争力的,而且电费经测算约10元/100km,每100km耗电18kw/h左右。一般普通轿车每百公里耗油为8升/100km,按2004年10月份油价3.63元/升计,约30元/100kw的耗油费。前者是后者的1/3,如果2005年实施燃油税,那么油耗用将进一步增加,而电动汽车目前应属扶持对象,而且电费2005年变化不会太大,其耗电费也不会增加,两者相较,电动汽车在运行费用方面是有竞争力的。
电动汽车驱动电机性能比较
摘要:驱动电机系统是电动汽车的关键技术之一。本文对电动汽车的几种典型驱动系统进行了定性分析,对它们的性能进行了比较,指出了它们各自的优缺点。
关键词:电动汽车;驱动电机;分析;性能比较
人类与环境共存和全球经济的可持续发展使人们迫切希望寻求到一种低排放和有效利用资源的交通工具,使用电动汽车无疑是一种很有希望的方案。
现代电动汽车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动汽车的电机驱动系统一般由4个主要部分组成,即控制器。功率变换器、电动机及传感器。目前电动汽车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。
1 电动汽车对电动机的基本要求
电动汽车的运行,与一般的工业应用不同,非常复杂。因此,对驱动系统的要求是很高的。
1.1 电动汽车用电动机应具有瞬时功率大,过载能力强、过载系数应为3~4),加速性能好,使用寿命长的特点。
1.2 电动汽车用电动机应具有宽广的调速范围,包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区,要求低速运行时具有大转矩,以满足起动和爬坡的要求;在恒功率区,要求低转矩时具有高的速度,以满足汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求。
1.3 电动汽车用电动机应能够在汽车减速时实现再生制动,将能量回收并反馈回蓄电池,使得电动汽车具有最佳能量的利用率,这在内燃机汽车上是不能实现的。
1.4 电动汽车用电动机应在整个运行范围内,具有高的效率,以提高1次充电的续驶里程。
另外还要求电动汽车用电动机可靠性好,能够在较恶劣的环境下长期工作,结构简单适应大批量生产,运行时噪声低,使用维修方便,价格便宜等[1-2]。
2 电动汽车用电动机的种类和控制方法
2.1 直流电动机
有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机,即使到现在,还有一些电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但由于存在电刷和机械换向器,不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高,而且如果长时间运行,势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外,由于损耗存在于转子上,使得散热困难,限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷,在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机[3]。
2.2 交流三相感应电动机
2.2.1 交流三相感应电动机的基本性能
交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单,运行可靠,经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广,转速达到12000~15000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式,冷却自由度高。对环境的适应性好,井能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较,效率较高,质量减轻一半左右,价格便宜,维修方便。
2.2.2 交流感应电动机的控制系统
由于交流三相感应电动机不能直接使用蓄电池供给的直流电,另外交流三相感应电动机具有非线性输出特性。因此,在采用交流三相感应电动机的电动汽车上,需要应用逆变器中的功率半导体器件,将直流电变为频卒和幅值都可以调节的交流电来实现对交流三相电动机的控制。主要有v/f控制法、转差频率控制法。
用矢量控制法,对交流三相感应电动机的励磁绕组交流电的频率和输入交流三相感应电动机的端调控制,控制交流三相感应电动机旋转磁场的磁通量和转矩,实现改变交流三相感应电动机转速和输出转矩,来满足负载变化特性的要求,并能够获得最高效率,从而使得交流三相感应电动机能够在电动汽车上得到广泛应用。
2.2.3 交流三相感应电动机的不足
交流三相感应电动机的耗电量较大,转子容易发热,在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却,否则会损坏电动机。交流三相感应电动机的功率因数较低,使得变频变压装置的输入功率因数也较低,因此需要采用大容量的变频变压装置。交流三相感应电动机的控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身,增加了电动汽车的成本[2-4]。另外,交流三相感应电动机的调速性也较差。
2.3 永磁无刷直流电动机
2.3.1永磁无刷直流电动机的基本性能
永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之,它采用永磁体转子,没有励磁损耗:发热的电枢绕组又装在外面的定子上,散热容易,因此,永磁无刷直流电动机没有换向火花,没有无线电干扰,寿命长,运行可靠,维修简便。此外,它的转速不受机械换向的限制,如果采用空气轴承或磁悬浮轴承,可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率,在电动汽车中有着很好的应用前景。
2.3.2 永磁无刷直流电动机的控制系统
典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统,由于永磁体只能产生固定幅值磁场,因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域,一般采用电流滞环控制或电流反馈型SPWM法来完成。为进一步扩充转速,永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。弱磁控制的实质是使相电流相位角超前,提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。
2.3.3 永磁无刷直流电动机的不足
永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制,使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小,最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时,其导磁性能可能会下降或发生退磁现象,将降低永磁电动机的性能,严重时还会损坏电动机,在使用中必须严格控制,使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下,操纵复杂,需要一套复杂的控制系统,从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高[5-10]。
2.4 开关磁阻电动机
2.4.1 开关磁阻电动机的基本性能
开关磁阻电动机是一种新型电动机,该系统具有很多明显的特点:它的结构比其它任何一种电动机都要简单,在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等,只是在定子上有简单的集中绕组,绕组的端部较短,没有相间跨接线,维护修理容易。因而可靠性好,转速可达15000 r/min。效率可达85%~93%呢,比交流感应电动机要高。损耗主要在定子,电机易于冷却;转子元永磁体,调速范围宽,控制灵活,易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性,而且在很广的范围内保持高效率。更加适合电动汽车动力性能要求。
2.2.4 开关磁阻电动机的控制系统
开关磁阻电动机具有高度的非线性特性,因此,它的驱动系统较为复杂。它的控制系统包括功率变换器。
a. 功率变换器
开关磁阻电动机的励磁绕组,无论通过正向电流或反向电流,其转矩方向不变,期换向,每相只需要一个容量较小的功率开关管,功率变换器电路较简单,不会出现直通故障,可靠性好,易于实现系统的软启动和四象限运行,具有较强的再生制动能力。成本比交流三相感应电动机的逆变器控制系统要低。
b.控制器
控制器由微处理器、数字逻辑电路等元件组成。微处理器根据驾驶员输入的命令,同时对位置检测器、电流检测器所反馈的电动机转子位置,进行分析、处理,并在瞬间做出决策,发出一系列执行命令,来控制开关磁阻电动机适应电动汽车不同条件下运行。控制器性能好坏和调节的灵活性,取决于微处理器的软件和硬件的性能配合关系。
c.位置检测器
开关磁阻电动机需要高精度的位置检测器,来为控制系统提供电动机转子的位置、转速和电流的变化信号,并要求有较高的开关频率以降低开关磁阻电动机的噪声。
2.4.3 开关磁阻电动机的不足
开关磁阻电动机的控制系统比其他电动机的控制系统复杂一些,位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件,其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电动机为双凸极结构,不可避免地存在转矩波动,噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明,采用合理的设计、制造和控制技术,开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外,由于开关磁阻电动机输出转矩波动较大,功率变换器的直流电流波动也较大,所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器[2,11-13]
3 电动汽车采用的备种驱动电动机性能比较
电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动是采用了控制性能最好和成本较低的直流电动机。随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展,交流电动机。永磁元刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能,在电动汽车上,这些电动机逐步取代了直流电动机。表1为现代电动汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。目前交动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置,成本还比较高,形成批量生产以后,这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低,将能够满足经济效益的要求,并使电动汽车整车价格降低[2]。
⑩ 电动汽车有哪几种驱动电机
直流电动机、交流电动机、永磁同步电动机交流异步电动机等等