电动汽车常用的四种驱动电机详解

电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成,其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分,决定了电动汽车的性能指标。因此,对于驱动电机的选择就尤为重要。

在环保的大环境下,电动汽车也成为了近年来研究的热点,电动汽车在城市交通中可以实现零排放或极低排放,在环保领域优势巨大,各国都在努力发展电动汽车。电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成,其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分,决定了电动汽车的性能指标。因此,对于驱动电机的选择就尤为重要。

1、电动汽车对于驱动电机的要求

目前对于电动汽车性能的评定,主要是考虑以下三个性能指标:

(1)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;

(2)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;

(3)最高时速(km/h):电动汽车所能达到的最高时速。

针对于电动汽车的驱动特点所设计的电机,相比于工业用电机有着特殊的性能要求:

(1)电动汽车驱动电机通常要求可以频繁的启动/停车、加速/减速、转矩控制的动态性能要求较高;

(2)为了减少整车的重量,通常取消多级变速器,这就要求在低速或爬坡时,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)要求调速范围尽量大,同时在整个调速范围内还需要保持较高的运行效率;

(4)电机设计时尽量设计为高额定转速,同时尽量采用铝合金外壳,高速电机体积小,有利于减少电动汽车的重量;

(5)电动汽车应具有最优化的能量利用,具有制动能量回收功能,再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%-20%;

(6)电动汽车所使用的电机工作环境更加复杂、恶劣,要求电机在有着很好的可靠性和环境适应性,同时还要保证电机生产的成本不能过高。

2、几种常用的驱动电机

2.1直流电动机

在电动汽车发展的早期,大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机,这类电机技术较为成熟,有着控制方式容易,调速优良的特点,曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是由于直流电动机有着复杂的机械结构,例如:电刷和机械换向器等,导致它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高受到限制,而且在长时间工作的情况下,电机的机械结构会产生损耗,提高了维护成本。此外,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,影响整车性能。由于直流电动机有着以上缺点,目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。

电动汽车常用的四种驱动电机详解

2.2交流异步电动机

交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机,其特点是定、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。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高,质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式,可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势,交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。目前,交流异步电机已经大规模化生产,有着各种类型的成熟产品可以选择。但在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,相比较于永磁式电动机和开关磁阻电机而言,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。

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2.3永磁式电动机

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。这两种电机在结构和工作原理上大体相同,转子都是永磁体,减少了励磁所带来的损耗,定子上安装有绕组通过交流电来产生转矩,所以冷却相对容易。由于这类电机不需要安装电刷和机械换向结构,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。

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