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1、,电动车电机种类分析,March,2013,部 门：新能源工程研究院讲 师：刘秀日 期：2013年03月15日,目 录,content,2,3,汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。,车辆动力性,最高车速,加速时间,BMW520I超车加速性能,0-100Km/h加速性能,最大爬坡度,4,陆虎-100%帕杰罗-70%开拓者-50%切诺基-30%,汽车满载时在良好路面上用第一档克服的最大坡度。,车辆动力性,5,车辆所需特性场,汽车车辆所需的特性是一个特性场。横坐标是车速，可由监视员在最高车速 Vmax限制的范围内自由确定；纵坐标是牵引力Z以及车轮上的功率P
2、，取决于行驶条件（平路、上坡、下坡）和加速度的大小。,P-V特性图,Z-V特性图,驱动特性场,6,驱动系统理想供应特性场,附着条件限制低速时不能要求功率为一恒定值，否则当车速趋近0时，则驱动力趋于+，此时是附着条件不能满足。驱动系统的动力特性决定理想状态下最大功率为一常数，则驱动力 F与车速V成反比。车辆最高车速或驱动系统最高转速的极限,驱动系统理想供应特性场图,驱动特性场,7,T-N特性图,1994年通用汽车公司向重庆电机厂订购电动汽车用50Kw交流感应电机时提出的电机必须满足的转矩特性图。,电机驱动系统的峰值工作特性与设定的电机工作制密切相关，由于混合动力电动汽车与纯电动汽车中电机驱动系统
3、的工作模式有很大差别，因此对电机驱动系统峰值工作 特性(短时工作特性)的定义很难采用统一的指标。纯电动汽车电机驱动系统采用5min工作制峰值工作动力特性对混合动力电动汽车电机驱动系统采用1min 工作制峰值工作动力特性。,50Kw感应电机T-N特性图,电机特性场,8,直流电机,直流电机结构及运行原理,直流电机由定子、转子、换向器、电刷等组成，定子上有磁极，转子有绕组，通电后转子上也形成磁场（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，是电机旋转。改变电刷的位子，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
4、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。,转子结构示意图,电机总成结构示意图,驱动电机分类,9,直流电机,直流电机特点,结构简单，优良的电磁转矩控制特性。直流电机的机械换向结构易产生火花，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的,目前已逐渐被淘汰。,直流电机的控制,直流电机控制系统主要由斩波器和中央控制器构成，根据直流电机输出转矩的需要，通过斩波器来控制电机的输入电压、电流，来控制和驱动直流电机的运行。,机械换向直流电机结构示意图,直流电机原理演示,驱动电机分类,10,交流三相感应电机,交流三相感应流电
5、机原理,交流三相感应电机主要由转子和定子构成，在转子与定子之前没有相互接触的滑环、换向器等部件。在运行时，定子通过交流电而产生旋转磁场，旋转磁场切割转子中的导体，在转子导体中产生感应电流，转子的感应电流产生一个新的磁场，两个磁场相互作用则使转子转动。,转子结构示意图,电机总成剖视图,驱动电机分类,11,交流三相感应电机,交流三相感应电机的控制,由于交流三相感应电机不能直接使用直流电，因此需要逆变装置进行转换控制。应用于感应电机的控制技术主要有三种：V/F 控制、转差频率控制、矢量控制。20 世纪90 年代以前主要使用前两种控。,交流三相感应电机的特点,交流三相感应电机结构简单，可靠性好，使用寿
6、命长，其功率范围宽，转速可达到1200015000r/min。可采用空冷或水冷的方式，对环境适应性好，并能够实现再生反馈制动。不足之处在于耗电量较大，转子容易发热，功率因数较低，并且调速性能较差。,风冷交流三相感应电机示意图,交流三相感应电机原理演示,驱动电机分类,12,永磁同步电机,永磁同步电机原理,永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为
7、自励发电机。,转子结构示意图,电机总成剖切图,驱动电机分类,13,永磁同步电机的特点,按照永磁体位置分为三种：表面突出式、表面插入式和内置式。其中，内置式永磁同步电机结构灵活、设计自由度大，有望得到高性能，适合用做电动汽车等高效、高密度、宽调速的驱动电机。不足电机弱磁困难，调速性能不如直流电机。,永磁同步电机的控制,永磁电机的控制技术与感应电机类似，控制策略上主要集中在提高低速转矩特性和高速恒功率特性上。永磁同步电机低速时常采用矢量控制；而在高速运行时，永磁同步电机通常采用弱磁控制。,永磁同步电机,永磁同步电机转子结构方案示意图,永磁同步电机原理演示,驱动电机分类,14,开关磁阻电机,开关磁阻
8、原理,开关磁阻电机有很多不同的结构形式，各有起不同的性能特点。但它的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成定，转子冲片均有一齿槽，构成双凸极结构，依定子和转子片上齿槽的多少，形成不同的极数。开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。,开关磁阻电机原理图,开关磁阻电机原理图,驱动电机分类,15,开关磁阻电机的特点,开关磁阻电机具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象运行、响应速度快、成本较低等优点。但开关磁阻电机有转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性特性等缺点，所以目前应用还受到限制。,开关磁阻电机的控
9、制,由于开关磁阻电机具有明显的非线性特性，系统难于建模，一般的线性控制方式不适于开关磁阻电机系统。目前主要利用模糊逻辑控制、神经网络控制等。,开关磁阻电机,开关磁阻电机运行示意图,开关磁阻电机原理演示,驱动电机分类,16,驱动电机性能比较,驱动电机分类,17,工业电机与车用电机区别,工业电机及控制器 图例 车用电机及控制器图例,驱动电机分类,18,电动汽车的种类很多，各种车辆的性能指标不同，对驱动电机的要求也不同。因此针对主要应用特点，选择最适合的驱动电机方案。例如：1、高档轿车对电机体积重量要求高，同时要求低转矩脉动和低噪声，可选用永磁电机。2、对跑车、越野车等对加速特性或过载能力要求高及超高速运行能力，应优选开关磁阻电机。3、环保车或观光车等车型，对电机性能要求不很高，但对低成本要求高，可优先用交流异步电机。,总结,19,Thank you,
