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《電車知識學堂》電動汽車驅動電機知識解析

  • 原創
  • 2019-12-18 09:09
  • 來源:電車資源 大師兄

摘要:事實上,電機的組成和分類方式非常復雜,所以我們重點來看看四種比較常見電機的特點和區別,即永磁同步電機、交流異步電機、開關磁阻電機、輪轂電機。

【電車資源 用車頻道】上期我們分享了動力電池篇的知識解析,這次我們再來說說純電動汽車核心三大部件之一的電驅系統,電機驅動系統是直接將電能轉換為機械能,再使用機械能產生動能。毫無疑問,電驅系統的核心裝置就是電機。

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事實上,電機的組成和分類方式非常復雜,所以我們重點來看看四種比較常見電機的特點和區別,即永磁同步電機、交流異步電機、開關磁阻電機、輪轂電機。

● 什么是永磁同步電機

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

永磁同步電機是目前純電動乘用車應用最廣泛的電機類型,這類電機是讓轉子采用永磁體,定子為通電繞組,通電繞組產生的旋轉磁場和永磁體相互作用產生扭矩,同時轉子的轉速始終與定子的旋轉磁場轉速保持同步,因此不需要安裝電刷和機械換向結構。

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

由于這類型的電機重量輕、體積小、沒有轉速差,因此永磁同步電機具備高效率、高轉矩過載能力、高功率密度以及低噪聲等一系列優點,所以也因此受到很多車企的喜愛,市面上絕大多數家用的主流電動汽車都搭載著永磁同步電機。

當然,無人不知的永磁同步電機也不是沒有缺點的。比如說在極端復雜的工作條件下,轉子上的永磁材料可能會發生磁性衰退的情況。而為了保證永磁材料的穩定性,必須加入稀土元素,但這樣一來就會提高整個電驅系統的制造成本。

● 什么是交流異步電機

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

交流異步電機,又叫感應電機。它的工作原理是讓定子繞組之后形成的旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩,從而帶動動子旋轉。與此同時,由于轉子的轉速總是低于磁場同步轉速,所以這類電機被稱為異步電機。

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

與其它類型的電機相比,交流異步電機的特點在于結構簡單、低速高扭矩、可靠性高、更適合高速運轉、更容易獲得大功率等。但是,交流異步電機在高速運轉的情況下,轉子容易發熱嚴重,對于其冷卻系統提出更高效也更復雜的要求。此外,異步電機的控制系統也相對復雜,相對永磁同步電機而言,交流異步電機的功率密度和效率都稍遜一籌,特別是低速運轉下效率偏低。

目前來看,市面上采用交流異步電機的家用純電動車型依然很罕見,目前主要集中在特斯拉車型和一些搭載前后雙電機的純電動車型,最熟悉的如Model S和蔚來ES6性能版。

● 什么是開關磁阻電機

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

開關磁阻電機對于大多數人來說有點陌生,它是新發展起來的一種調速電機,這類電機的結構更為簡單、成本更低。開關磁阻電動主要由開關磁阻電動機(SRM)、功率變換器、控制器、轉子位置檢測器四部分組成。開關磁阻電動機(SRM)是SRD中實現機電能量轉換的部件、轉子沒有繞組也沒有永磁體,定子只有少數幾個繞組,具備可靠性高、效率高、散熱特性好、起動轉矩大/電流小,調速范圍寬,適合高轉速運轉等優點。

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

不足之處是轉矩脈動大,容易引起較大的震動,這點是因為轉子上產生的轉矩是由一系列脈沖轉矩疊加而成的,但由于合成轉矩并不是恒定轉矩,對該電機的低速運轉性能有所影響。此外,開關磁阻電機帶來的噪音也比其他類型的電機要大得多,嚴重影響用戶體驗。雖然在家用電動車型上很難看到開關磁阻電機的身影,但在一些純電動公交車、大巴上還是有它的一席之地。

● 什么是輪轂電機

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

輪轂電機,顧名思義就是在車輪內裝配電機,同時將一系列的驅動系統、傳動系統、制動系統都整合到輪轂內,從而簡化大量的機械部件,同時有利于提升傳動效率。目前來看,應用于輪轂電機的類型主要有四種,永磁同步電機、交流異步電機、開關磁阻電機、橫向磁通電機。從驅動方式來看,純電動汽車采用的輪轂電機多為外轉子型,它具有結構簡單、噪音低、輸出轉矩大、調速范圍寬等優點。

《電車知識學堂》電動汽車驅動電機篇知識解析

雖然不少車企都在大力發展輪轂電機技術,但現階段仍只有極少數的量產車在使用。目前制約輪轂電機大規模使用的原因有很多,首先是輪轂電機的重量,由于電機本身采用了很多金屬和永磁材料,如果繼續在懸架下方增加電機,那么簧下質量將會變得更重,不利于日常駕駛,甚至在極端條件下難以控制。

狹小的內部空間是輪轂電機面對的又一大難題,由于車輪空間有限,若是將電機、傳動系統、制動裝置都集成在一起,電機散熱十分困難,而且電機、制動機械部件因此也很難做大,導致動力和制動力都受到較大的限制。不得不說,輪轂電機是一個美好的技術設想,不過結合目前的可靠性、散熱性能、協調控制等技術難題,輪轂電機在優化升級的過程中還有一段很長的路要走。

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