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    新能源電動(dòng)汽車用電機(jī)簡(jiǎn)述

    2014-12-02 03:50:10任壽萱
    汽車電器 2014年12期
    關(guān)鍵詞:磁阻直流電機(jī)同步電機(jī)

    任壽萱

    (凱捷利集團(tuán)蘇州高性能機(jī)電研究院,江蘇 蘇州 215153)

    新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既是新能源電動(dòng)汽車的核心部件之一,也是關(guān)鍵系統(tǒng)之一,起到驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)以及回收制動(dòng)能量的作用,其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。在純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車中,作為惟一的驅(qū)動(dòng)力來源,它提供車輛行駛?cè)康尿?qū)動(dòng)力,相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī);由于系統(tǒng)能夠工作在回饋制動(dòng)狀態(tài),在車輛制動(dòng)時(shí),車輛的動(dòng)能通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)電特性轉(zhuǎn)換為電能,存儲(chǔ)到車載電源系統(tǒng)中,具備了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的能量回饋功能。在混合動(dòng)力汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,其作用主要包括動(dòng)力供應(yīng),平衡發(fā)動(dòng)機(jī)功率和回饋能量3種,根據(jù)混合度的不同,其作用略有差別。

    1 新能源電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)的要求

    電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能好壞,將直接影響到電動(dòng)汽車的頻繁起步、停車、加減速性能、高速行駛以及爬坡等重要技術(shù)性能。為滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性,新能源電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有一些特殊的要求,在電機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)必須予以充分考慮。

    1)以電磁轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo),加速踏板和制動(dòng)踏板的開度是電磁轉(zhuǎn)矩給定的目標(biāo)值,要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速,轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小,穩(wěn)定性好。

    2)由于電動(dòng)汽車行駛時(shí),有起動(dòng)、加速、巡航、減速和制動(dòng)等多工況,要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍,能在四象限內(nèi)工作。為保證加速時(shí)間,要求電機(jī)在低速時(shí)具有大的輸出轉(zhuǎn)矩及過載能力 (一般為額定轉(zhuǎn)矩2~4倍),過載時(shí)間達(dá)3 min以上;為保證電動(dòng)汽車在巡航時(shí)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速行駛,電機(jī)在高速行駛時(shí)具有高的功率,最高轉(zhuǎn)速一般為基速的2倍以上。

    3)電機(jī)的損耗要低,在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)具有高效率,提高1次充電的續(xù)航里程。

    4)電動(dòng)汽車減速時(shí)能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng),將能量回收并反饋回蓄電池,能量回收率應(yīng)占總能量的10%~15%。

    5)電機(jī)的安全性應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)車輛電氣安全性能的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)高電壓的還需裝備高壓保護(hù)裝置。

    6)可靠性高,電機(jī)的耐振、耐溫和耐濕性能力強(qiáng),能在惡劣的氣候環(huán)境和各種道路上長(zhǎng)時(shí)間工作。

    7)電機(jī)運(yùn)行噪聲低。

    8)電磁兼容性好。

    9)由于電動(dòng)汽車留給電機(jī)的安裝空間有限,整車又要求輕量化,因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)整機(jī)的體積要盡可能小,質(zhì)量盡可能輕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便。在允許范圍內(nèi)盡量采用高電壓。

    10)價(jià)格合理,經(jīng)濟(jì)性好,適合于批量生產(chǎn)。

    2 新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的種類

    根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)的不同,新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分類如圖1所示。

    電動(dòng)汽車在早期采用的是直流電機(jī),隨后逐步采用交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。

    2.1 直流電機(jī)

    早期的電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)大多采用直流電機(jī)。直流電機(jī)能得到大量的應(yīng)用,最主要的原因是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性、控制原理和控制裝置簡(jiǎn)單、控制成本低、起動(dòng)和加速轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好且比較方便等優(yōu)點(diǎn),但其致命的缺點(diǎn)是有電刷和機(jī)械換向器,限制了電機(jī)過載能力、速度、功率體積比、功率質(zhì)量比和效率的進(jìn)一步提高,換向時(shí)產(chǎn)生噪聲,換向器表面會(huì)產(chǎn)生電火花和電磁干擾,可靠性降低,需要定期維護(hù),極大地影響了它的應(yīng)用場(chǎng)合,現(xiàn)在某些電動(dòng)汽車仍有采用。

    與其他通用電機(jī)相比,在電動(dòng)汽車用直流電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使電機(jī)在耐高溫、抗振動(dòng)、低損耗、抗負(fù)載波動(dòng)、小型輕量化和免維護(hù)等方面,給予特殊的考慮。

    根據(jù)勵(lì)磁繞組的不同,直流電機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種。自勵(lì)又可分為串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。自勵(lì)多應(yīng)用于小功率直流電機(jī),而他勵(lì)則多用于中大功率直流電機(jī),早期的電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)以他勵(lì)居多。

    直流電機(jī)的調(diào)速控制主要是通過改變電樞電壓,采用PWM斬波器和PI調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。不同類型的斬波器適用于不同的模式,單象限型適用于電動(dòng)模式;二象限型適用于電動(dòng)或再生制動(dòng)模式;四象限型適用于通過電子控制的正向電動(dòng)和反向制動(dòng)模式。直流電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2所示。

    直流電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表1所示。

    2.2 交流感應(yīng)電機(jī)

    交流感應(yīng)電機(jī)又稱交流異步電機(jī)。隨著微電子、電力電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展,電動(dòng)汽車上采用交流感應(yīng)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)日益增多,特別是國(guó)外對(duì)交流異步鑄銅轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)作為牽引電機(jī)的使用非常重視。與直流電機(jī)相比,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、質(zhì)量輕、體積小、低成本、效率高、價(jià)格低廉。電機(jī)的定子輸入頻率可在較大范圍內(nèi)變化,調(diào)速范圍寬,是電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的理想選擇,尤其是對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率需求較大的電動(dòng)客車。但異步電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),也存在著效率低、發(fā)熱嚴(yán)重、控制系統(tǒng)復(fù)雜等有待克服的技術(shù)問題。

    交流感應(yīng)電機(jī)有鼠籠轉(zhuǎn)子式和繞線轉(zhuǎn)子式。繞線轉(zhuǎn)子式可通過改變外電路參數(shù)來改善電機(jī)的運(yùn)行性能,但其成本高、需要維護(hù)、耐久性不足,因而它沒有鼠籠轉(zhuǎn)子式應(yīng)用那么廣泛,特別是在純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上。

    電動(dòng)汽車上使用的交流感應(yīng)電機(jī)的額定電壓一般為380 V,電動(dòng)轎車 (包括其他類型的乘用車)功率為20~80kW,電動(dòng)大客車 (包括貨車)功率為100~150kW。

    電動(dòng)汽車采用交流感應(yīng)電機(jī)時(shí),應(yīng)合理選定電機(jī)的容量,盡可能地避免出現(xiàn) “大馬拉小車”的現(xiàn)象,盡量縮短電機(jī)空載運(yùn)行的時(shí)間,需根據(jù)有關(guān)動(dòng)力性能參數(shù)正確予以選擇。

    目前,國(guó)內(nèi)外高性能的電動(dòng)汽車交流感應(yīng)電機(jī)控制,主要是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種控制方法。矢量控制方法已較成熟,應(yīng)用普遍,直接轉(zhuǎn)矩控制方法則有待于進(jìn)一步提高完善。矢量控制系統(tǒng)的三相交流感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性如圖3所示。

    交流異步電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表2所示。

    表2 交流異步電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

    2.3 永磁同步電機(jī)

    永磁同步電機(jī)具有高功率密度、高效率、易散熱、高可靠性和較好的動(dòng)態(tài)性能等特點(diǎn),是當(dāng)前電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用電機(jī)的研究熱點(diǎn)。

    永磁同步電機(jī)可分為交流永磁同步電機(jī) (PMSM)、直流無刷永磁電機(jī) (BLDCM)和新型永磁電機(jī) [混合式永磁電機(jī) (HSM)、續(xù)流增磁永磁電機(jī)]三大類,目前電動(dòng)汽車主要采用的是前2類。

    2.3.1 交流永磁同步電機(jī) (PMSM)

    交流永磁同步電機(jī)是反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是正弦波的交流永磁電機(jī),又稱為正弦波永磁同步電機(jī),采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制及轉(zhuǎn)子連續(xù)位置反饋信號(hào)來控制調(diào)速或換向。

    電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成,定轉(zhuǎn)子之間有氣隙,定子和普通交流電機(jī)相同,定子槽內(nèi)嵌入三相繞組。轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁,根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上安放的位置不同,轉(zhuǎn)子可分為3種結(jié)構(gòu):①永磁體表面凸出式結(jié)構(gòu),電機(jī)的極性是隱極式;②永磁體表面嵌入式結(jié)構(gòu),電機(jī)的極性是凸極式 (凸極度低);③永磁體內(nèi)置式結(jié)構(gòu),電機(jī)的極性是凸極式 (凸極度高)。

    永磁同步電機(jī)所用的永磁材料一般為釹鐵硼,由于釹鐵硼永磁材料具有很高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力和最大磁能積,故可大大地提高電機(jī)的功率質(zhì)量比。采用釹鐵硼制成的永磁同步電機(jī)的體積較小,質(zhì)量較輕,得到廣泛的應(yīng)用。

    永磁同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子對(duì)定子的相對(duì)位置不同,可分為3種:①外轉(zhuǎn)子式,將內(nèi)定子固定在電機(jī)的中心,外轉(zhuǎn)子處在內(nèi)定子外圓外,圍繞電機(jī)的中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。②內(nèi)轉(zhuǎn)子式,是將外定子固定在電機(jī)的中心,內(nèi)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔內(nèi),圍繞電機(jī)的中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。外轉(zhuǎn)子式和內(nèi)轉(zhuǎn)子式2種方式屬于圓柱式電機(jī),氣隙是圓柱面的,氣隙磁場(chǎng)是徑向的,稱為徑向磁場(chǎng)電機(jī),普通的永磁電機(jī)均屬此類。③盤式,與圓柱式電機(jī)不同,其定、轉(zhuǎn)子均為圓盤形,在電機(jī)中對(duì)等放置,氣隙是平面型的,氣隙磁場(chǎng)是軸向的,故又稱軸向磁場(chǎng)電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,軸向尺寸短,有較高的功率和質(zhì)量比。

    以上3種結(jié)構(gòu)的電機(jī)各有特點(diǎn),但相比之下,現(xiàn)在電動(dòng)汽車上采用較多的是內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)。

    交流永磁同步電機(jī)無需勵(lì)磁電流,效率和功率因數(shù)高,體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠;PMSM交流伺服系統(tǒng)具有頻帶寬、反應(yīng)快、精度高、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn);功率驅(qū)動(dòng)器靜止無噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無電火花。因此在低速直接驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合,PMSM具有比交流感應(yīng)電機(jī)及直流無刷永磁電機(jī)更優(yōu)越的性能。

    自20世紀(jì)80年代以來,隨著微電子、電力電子技術(shù)、永磁材料技術(shù)和交流可調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)有著長(zhǎng)足的進(jìn)步。90年代后,采用全數(shù)字控制的正弦波永磁交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),技術(shù)上已趨于完全成熟,并實(shí)現(xiàn)了商品化。由于具有十分優(yōu)良的低速性能,又可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制,拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍,進(jìn)一步滿足了電動(dòng)汽車高性能驅(qū)動(dòng)的要求,隨著永磁材料技術(shù)及控制技術(shù)的飛速發(fā)展,又進(jìn)一步提高了PMSM性價(jià)比,因此PMSM在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

    永磁同步電機(jī)的機(jī)械特性如圖4所示。永磁同步電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表3所示。

    表3 永磁同步電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

    2.3.2 直流無刷永磁電機(jī) (BLDCM)

    直流無刷永磁電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,其電磁結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣,是反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波的直流永磁電機(jī),又稱為矩形波永磁同步電機(jī)。

    BLDCM電機(jī)定子采用集中繞組,內(nèi)置PTC熱敏電阻進(jìn)行熱保護(hù),霍爾元件作為位置傳感器,在轉(zhuǎn)子中嵌入永磁體,通過轉(zhuǎn)子位置傳感器、控制電路和換向電路共同構(gòu)成電子換向,代替電刷機(jī)械換向的作用,取消了電流的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。電機(jī)相數(shù)可有三相、四相、五相甚至十幾相等,采用自然冷卻或外加風(fēng)機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。

    當(dāng)定子繞組為星形接法時(shí),直流無刷永磁電機(jī)的控制器采用半橋電路或全橋電路;定子繞組為三角形接法時(shí),只能采用全橋電路。電機(jī)的極數(shù)少時(shí)其效率高,極數(shù)多時(shí)則轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,但極數(shù)過多會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜和控制功率開關(guān)管增加,成本相應(yīng)變大,目前采用最多的是三相全橋星形兩兩通電的驅(qū)動(dòng)控制方式。

    基于直流無刷永磁電機(jī)其原理上存在的固有缺陷,如運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在著轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、鐵心附加損耗大等缺點(diǎn),限制了它在高精度、高性能要求的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的應(yīng)用,尤其是在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合,因此適用于一般的精度及性能要求的場(chǎng)合。

    但是BLDCM電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,質(zhì)量輕,維護(hù)方便,無轉(zhuǎn)子損耗,易實(shí)現(xiàn)高速和快速制動(dòng),高效率,動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好,控制簡(jiǎn)單,機(jī)械特性較硬,具有和傳統(tǒng)直流電機(jī)一樣好的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速控制特性,能實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速和定位控制,成本低,對(duì)于在運(yùn)行在惡劣環(huán)境下的電動(dòng)汽車而言,無疑特別地適用,因此其在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用有日益擴(kuò)大的趨勢(shì)。

    直流無刷永磁電機(jī)的機(jī)械特性同圖4。直流無刷永磁電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表4所示。

    表4 直流無刷永磁電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

    2.3.3 新型永磁電機(jī)

    1)混合式永磁電機(jī) (HSM)在電動(dòng)汽車上采用混合式永磁電機(jī),是電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)新的研究方向,目前大量商業(yè)化應(yīng)用尚未開始。混合式永磁電機(jī)從原理上說可以有很多種,但目前只有以下3種。

    第1種是永磁和磁阻的混合,它有2種混合方式,一是將永磁體嵌入轉(zhuǎn)子回路中,永磁同步電機(jī)同時(shí)產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩和同步磁阻轉(zhuǎn)矩;二是把永磁體和開關(guān)磁阻結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,成為具有高效、高功率密度和寬調(diào)速范圍的雙凸極永磁電機(jī) (DSPM)。

    第2種是把永磁體嵌入磁滯環(huán)內(nèi)表面的槽中,綜合利用永磁轉(zhuǎn)矩和磁滯轉(zhuǎn)矩。這種磁滯混合電機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),很適用于電動(dòng)汽車。

    第3種是把永磁體置于轉(zhuǎn)子內(nèi),直流勵(lì)磁繞組安放在定子上,通過控制勵(lì)磁電流的大小和方向,很容易調(diào)節(jié)電機(jī)的氣隙磁通,達(dá)到滿足電動(dòng)汽車要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。

    2)續(xù)流增磁永磁電機(jī) 續(xù)流增磁永磁電機(jī)是一種復(fù)合勵(lì)磁的特殊直流電機(jī),它兼顧了串勵(lì)直流電機(jī)和他勵(lì)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),采用稀土永磁和增磁繞組復(fù)合勵(lì)磁方式,轉(zhuǎn)子采用無槽結(jié)構(gòu),增磁繞組接在電機(jī)的續(xù)流回路中,利用續(xù)流回路內(nèi)的電流進(jìn)行增磁,和稀土永磁體共同產(chǎn)生復(fù)合磁場(chǎng),產(chǎn)生全新的自動(dòng)弱磁調(diào)速理念,很好地滿足電動(dòng)汽車低速增磁增矩、高速弱磁增速的特性要求;雙象限范圍運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車再生制動(dòng);采用PWM控制,運(yùn)行時(shí)噪聲低,具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

    2.4 開關(guān)磁阻電機(jī) (SRM)

    開關(guān)磁阻電機(jī)又稱可變磁阻電機(jī),1883年就用于機(jī)車牽引,到現(xiàn)代功率電子學(xué)和大功率計(jì)算設(shè)備的出現(xiàn),它的潛能才得以充分的發(fā)揮。作為一種新型的特種電機(jī),它是集電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,近20年來備受重視。它綜合了感應(yīng)電機(jī)和直流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),有著無磁鋼、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、容錯(cuò)性好、低速輸出轉(zhuǎn)矩高等很多優(yōu)良的特點(diǎn),特別適合于電動(dòng)汽車在各種工況下運(yùn)行,為電動(dòng)汽車行業(yè)所關(guān)注。

    開關(guān)磁阻電機(jī)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)中極具競(jìng)爭(zhēng)力的電機(jī),是當(dāng)前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的又一個(gè)新的選擇,在混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車中已得到成功的應(yīng)用,具有良好的應(yīng)用前景。國(guó)際上如奔馳、沃爾沃、菲亞特、通用等公司,正大力發(fā)展電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)。

    開關(guān)磁阻電機(jī)是基于 “磁阻最小”的原理設(shè)計(jì)的新型具有凸極結(jié)構(gòu)的電機(jī),其相數(shù)可以較多,但一般采用的是三相或四相。定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極有多種組合方式,定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極均為偶數(shù),一般轉(zhuǎn)子凸極數(shù)比定子凸極數(shù)少2個(gè),共同組成不同極數(shù)的開關(guān)磁阻電機(jī)。

    開關(guān)磁阻電機(jī)的雙凸級(jí)結(jié)構(gòu),給電機(jī)運(yùn)行帶來了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲,將直接影響電動(dòng)汽車行駛和乘座舒適性,這2個(gè)問題以往成為了制約開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)汽車行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的主要障礙?,F(xiàn)在研發(fā)的低噪聲振動(dòng)的開關(guān)磁阻電機(jī),有效地抑制了運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及噪聲,為開關(guān)磁阻電機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,起到了積極的推動(dòng)作用。

    開關(guān)磁阻電機(jī)由于無永磁體,解決了永磁同步電機(jī)和無刷直流永磁電機(jī)現(xiàn)存的技術(shù)問題,如永磁材料的高溫下的退磁失磁、成本增高、磁鋼的不均勻性造成磁極分布的不均勻而影響運(yùn)行等問題。

    開關(guān)磁阻電機(jī)具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、無永磁體、制造容易、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、免維護(hù)、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn),充分發(fā)揮了開關(guān)磁阻電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)以及安全可靠的特長(zhǎng)。研究表明,通過對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的靈活控制,能夠?qū)崿F(xiàn)在寬調(diào)速范圍內(nèi)電動(dòng)或發(fā)電方式下高效率的運(yùn)轉(zhuǎn),將它用于混合動(dòng)力汽車 ISG系統(tǒng),具有良好的開發(fā)利用價(jià)值。

    開關(guān)磁阻電機(jī)的控制可以分為電流斬波控制方式 (CCC)、角度位置控制方式 (APC)和電壓控制方式 (VC)3種。開關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)械特性如圖5所示。開關(guān)磁阻電機(jī)在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用實(shí)例如表5所示。

    表5 開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

    2.5 新能源電動(dòng)汽車用各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能對(duì)比

    以上所述的新能源電動(dòng)汽車用各種類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī),在選定時(shí),應(yīng)根據(jù)電動(dòng)車輛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),電動(dòng)汽車的總體設(shè)計(jì)目標(biāo),行駛性能要求,車輛技術(shù)性能指標(biāo)要求,車載能源系統(tǒng)的性能,電機(jī)本身的性能特點(diǎn),電機(jī)及其控制器成本等因素進(jìn)行綜合考慮,然后正確選定。

    一般而言,各種類型的電動(dòng)汽車對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求各不相同,必須針對(duì)主要應(yīng)用特點(diǎn),選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)方案。例如,高檔轎車對(duì)電機(jī)體積質(zhì)量要求高,同時(shí)要求低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和低噪聲,可優(yōu)先選用永磁電機(jī);跑車、概念車及越野車等對(duì)加速特性或過載能力要求高,希望有超高速運(yùn)行能力,可優(yōu)先選用開關(guān)磁阻電機(jī);對(duì)于主要在市區(qū)較平坦路況行駛的經(jīng)濟(jì)型大眾化私家車、郵政車、環(huán)保車或觀光車等車輛,對(duì)電機(jī)性能要求不是很高,但對(duì)低成本要求高,則可優(yōu)先選用交流異步電機(jī);對(duì)于采用 AMT(自動(dòng)換檔)的車輛,要求電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)快,選用開關(guān)磁阻電機(jī)是最佳的選擇;對(duì)于要求較大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大型車輛,出于成本和性能穩(wěn)定性方面的考慮,顯然不應(yīng)優(yōu)先選用永磁電機(jī)。但是究竟采用那種電機(jī)為最好,有待于裝備各種類型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)汽車在道路上長(zhǎng)期行駛,通過實(shí)踐考驗(yàn)后方能作出,目前業(yè)界尚無定論。各種電動(dòng)汽車用電機(jī)性能對(duì)比如表6所示。

    表6 電動(dòng)汽車用電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較表

    3 結(jié)語

    本文對(duì)新能源電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求及主要性能參數(shù),對(duì)新能源汽車的核心關(guān)鍵部件驅(qū)動(dòng)電機(jī),目前所采用的各種類型一一作了解析,分析了各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、優(yōu)缺點(diǎn),列舉了在新能源汽車上應(yīng)用的一些實(shí)例。通過本文,可對(duì)新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)有一個(gè)比較全面的了解,供選用新能源汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)參考。

    [1]胡驊,宋慧.電動(dòng)汽車 (第2版)[M].北京:人民交通出版社,2006.

    [2]何洪文.電動(dòng)汽車原理與構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

    [3]李涵武.電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.

    [4]王志福,張承寧.電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)理論與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

    [5]GB 755—2008, 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能[S].

    [6]GB/T 18488.1—2006,電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器,第1部分: 技術(shù)條件[S].

    [7] GB/T 19596—2004, 電動(dòng)汽車術(shù)語[S].

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