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電動汽車電機及其控製說明介紹

文章來源:極速飛艇開獎記錄電動車 發布時間:2017/10/20 瀏覽量::

電動汽車電機是指以車載電源為動力,電動汽車電機用電機驅動車輪行駛,電動汽車電機符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成熟。電源為電動汽車的驅動電動機提供電能,電動汽車電機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,電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池,但隨著電動汽車技術的發展,鉛酸蓄電池由於比能量較低,充電速度較慢,壽命較短,逐漸被其他蓄電池所取代。



電機

泛指能使機械能轉化為電能、電能轉化為機械能的一切機器。特指發電機、電能機、電動機。


電動機

俗稱馬達,是一種將電能轉化成機械能,並可再使用機械能產生動能,用來驅動其他裝置的電氣設備。由於電動汽車采用動力電池作為車載能源,其容量受到限製,為盡可能的延長續駛裏程,大多數驅動係統都采用了能量回饋技術,即在汽車製動時,通過控製器將車輪損耗的動能反饋到電池中,並使電機處於發電狀態,將發出的電輸送到電池中。因此,電動汽車的驅動機應該稱為電機,而不是我們習慣稱呼的電動機。例如中大青山采用的雙定子磁懸浮複合轉子電機既能將電能轉化為機械能,又能將機械能轉化為電能。



電機分類

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:(隻作簡單分類)


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、他勵和複勵直流電機。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、異步電機、同步電機。


異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,有驅動電機和控製用電機。


4.按運轉速度分,有高速電機、低速電機、恒速電機和調速電機。


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。



工作原理


1.交流電機


單相異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,故稱異步電機。


三相異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)關係(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、並聯關係分別稱串勵、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


電機結構


1.永磁式直流電機:


由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成。


定子磁極采用永磁體(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。


轉子一般采用矽鋼片疊壓而成,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、位置傳感器等組成。


無刷直流電機的特點是無刷,采用半導體開關器件(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、機械噪聲低等優點。


位置傳感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傳感信號,經信號轉換電路處理後去控製功率開關電路,按一定的邏輯關係進行繞組電流切換)。



電動汽車電機


位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。


采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機,其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、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。


采用光電式位置傳感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傳感器件,轉子上裝有遮光板,光源為發光二極管或小燈泡。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衝信號。


采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(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,電磁效應將使電磁傳感器產生高頻調製信號(其幅值隨轉子位置而變化)。


定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控製的電子開關電路提供。


電機特性


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,並要求變速範圍大。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。


電機要求


他們在負載要求、技術性能和工作環境等方麵有著特殊的要求:


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;而工業電機隻要求有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,而工業電機隻需要達到恒功率是基本速度的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,而工業電機隻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1kg/kw以內)和好的效率圖(在較寬的轉速範圍和轉矩範圍內都有較高的效率),從而能夠降低車重,延長續駛裏程;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;而工業電機隻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。