干货 | 驱动电机的选配原则

饮食        2019-09-11   来源:言天聊史

正文

中国新能源汽车明确纯电动驱动技术路线以后,驱动电机的选配设计就显得尤为重要了。下面就电动汽车驱动电机的选配原则予以探讨。




一、驱动汽车的电机特性



(1)驱动电机转矩控制的动态性能要求较高,动态性能越好,电机技术水平越高;


(2)要求电机可以提供较高的转矩,通常来说要能够承受4-5倍的过载;


(3)驱动电机不仅要求保持较高的运行效率,同时要求调速范围尽量大;


(4)要求电机不仅驱动性能好,还要兼顾发电机的功能,且要求发电效率高。


(5)驱动电机必须要求到达汽车级,一般工业级电机是不能直接用于汽车的。


(6)电动汽车内部相对空间狭小,要求驱动电机重量轻、体积小。




二、约束驱动电机的主要指标



(1)加速能力(s):电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间;


(2)最高时速(km/h):电动汽车所能达到的最高时速。


(3)最大行驶里程(km):电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程。




、目前电动汽车常用驱动电机比较



1)直流电动机


①直流电动机外形图及内部结构(见图1、图2)


图1 直流电动机外形图


图2 直流电动机零部件图


②优点:电机技术较为成熟,有着控制方式容易,调速优良的特点。


③缺点:机械结构。如电刷和机械换向器等;瞬时过载能力不足;电机转速提高受到限制;在长时间工作时,电机的机械结构会产生损耗,提高了维护成本;电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热,浪费能量,散热困难,也会造成高频电磁干扰。


④基本趋势:直流电机,在调速电动机领域内有着最为广泛的应用,早期大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机。但是其缺点较为明显,长期无法克服,目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。


2)交流异步电动机


①交流电动机外形图及内部结构(见图3、图4)


图3 交流电动机外形图


图4 交流电动机零部件图


②优点:定、转子由硅钢片叠压而成,两端用铝盖封装,定、转子之间没有相互接触的机械部件,结构简单,运行可靠耐用,维修方便。交流异步电机具有效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势。


③缺点:高速运转的情况下电机的转子发热严重,工作时要保证电机冷却,同时异步电机的驱动、控制系统很复杂,电机本体的成本也偏高。与永磁式电动机和开关磁阻电机相比,异步电机的效率和功率密度偏低,对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。


④基本趋势:交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机,已经大规模化生产。目前不少电动汽车厂家选用交流异步电机作为启动电机,基本控制采用矢量控制的控制方式。在大型电动公交车上的应用上,交流异步电机生命力较强。


3)永磁式电动机


①永磁式电动机外形图及内部结构(见图5、图6)


图5永磁式电动机外形图及内部结构


图6永磁式电动机及控制器


②分类:永磁式电动机根据定子绕组的电流波形的不同可分为两种类型,一种是无刷直流电机,它具有矩形脉冲波电流;另一种是永磁同步电机,它具有正弦波电流。


③优点:冷却相对容易,工作时不会产生换向火花,运行安全可靠,维修方便,能量利用率较高。


④缺点:永磁式电动机的功率范围较小,一般最大功率只有几十千瓦。永磁材料会产生磁性衰退的现象,容易发生损坏。而且永磁材料价格较高,因此整个电机及其控制系统成本较高。


⑤基本趋势:目前永磁电机在电动汽车里已经是主流电机。


4)开关磁阻电机


①开关磁阻电机外形图及内部结构(见图7)

图7开关磁阻电机外形图及内部结构


②优点:开关磁阻电机的结构最为简单,定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构,转子上没有绕组,定子装有简单的集中绕组,具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。


③缺点:开关磁阻电机作为一种新型电机,目前产品性能有待完善和提升。


④基本趋势:相比其他类型的驱动电机而言,它具有直流调速系统的可控性好的优良特性,同时适用于恶劣环境,非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。


⑤基本结论:作为电动汽车驱动电机使用,直流电机和永磁式电机在结构和面对复杂的工作环境适应性太差,很容易发生机械和退磁的故障。开关磁阻电机应用到电动汽车是必然的趋势。



、电动汽车驱动电机的选配原则



1)用技术成熟的,但是不能用技术淘汰的产品;

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