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新能源汽車驅(qū)動電機(jī)工作機(jī)理探究

時間:2024-04-17 10:57:15來源:中國傳動網(wǎng)

導(dǎo)語:?動力電池的直流電經(jīng)過高壓配電箱,通過電機(jī)控制器中的 DC/AC 變換器將直流電逆變成交流電,提供給永磁同步電機(jī),進(jìn)而永磁同步電機(jī)驅(qū)動汽車行駛。 當(dāng)車輛滑行或制動時,電機(jī)控制器控制驅(qū)動電機(jī)使其處于發(fā)電狀態(tài),驅(qū)動電機(jī)利用車輛動能發(fā)電,通過電機(jī)控制器中的 AC/DC 變換器將三相交流電整流成直流電,回收能量存入動力電池。

  一、什么是電機(jī)

  電機(jī),顧名思義,就是將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一種電力原件。當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時,電機(jī)表現(xiàn)出的就是電動機(jī)的工作特性,當(dāng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能時,電機(jī)表現(xiàn)出的就是發(fā)電機(jī)的工作特性,結(jié)合到新能源汽車上,新能源汽車在放電狀態(tài)下驅(qū)動車輛前進(jìn)或者后退時,表現(xiàn)出的就是電動機(jī)特性,在車輛松開加速踏板或者踩下制動踏板時,表現(xiàn)出的就是發(fā)電機(jī)特性。 二、驅(qū)動電機(jī)的分類 現(xiàn)階段的新能源汽車常用的驅(qū)動電機(jī)包括兩種,永磁同步電機(jī)及交流異步電機(jī),且大多數(shù)新能源汽車采用的是永磁同步電機(jī),只有少部分車輛采用了交流異步電機(jī)。

  1. 交流電機(jī)

  交流電動機(jī)主要有兩大部件:定子和轉(zhuǎn)子。定子是最外面的圓筒,圓筒內(nèi)側(cè)纏繞有很多繞組,這些繞組與外部交流電源接通,整個圓筒則與機(jī)座連接在一起,固定不動,因此稱為“定子”。 在定子內(nèi)部,要么是纏繞有很多繞組的圓柱體,要么是籠型結(jié)構(gòu)的圓柱體,它們與電動機(jī)的動力輸出軸連接在一起并同速旋轉(zhuǎn),因此稱為“轉(zhuǎn)子”。轉(zhuǎn)子與定子之間沒有任何連接和接觸,但是當(dāng)定子上的繞組接通交流電源時,轉(zhuǎn)子就會立刻旋轉(zhuǎn)并輸出動力。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī).png


  2. 異步電機(jī)

  交流電動機(jī)的工作原理:通電繞組在旋轉(zhuǎn)磁場里轉(zhuǎn)動。電動機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子并不接觸,為什么給定子繞組通上交流電后,轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)呢?其工作原理用到兩大電磁定律:電磁感應(yīng)定律和楞次定律。當(dāng)定子上纏繞的繞組通上交流電后,由于交流電的特性,定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子上的繞組是一個閉環(huán)導(dǎo)體,它處在定子的旋轉(zhuǎn)磁場中就相當(dāng)于在不停地切割定子的磁感應(yīng)線。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,閉合導(dǎo)體的一部分在磁場中做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動時,導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因,也就是盡力使轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體不再切割定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)線,這樣的結(jié)果就是:轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體會“追趕”定子的旋轉(zhuǎn)電磁場,也就是使轉(zhuǎn)子追著定子旋轉(zhuǎn)磁場跑,最終使電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度,并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子電磁場的轉(zhuǎn)速慢一點(diǎn)點(diǎn)(2%~6%),也就是異步運(yùn)行,所以才將這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動機(jī)稱為異步電動機(jī)。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  3. 永磁同步電機(jī)

  在異步電動機(jī)中,轉(zhuǎn)子磁場的形成要分兩步走:第一步是定子旋轉(zhuǎn)磁場先使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流;第二步是感應(yīng)電流再產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。在楞次定律的作用下,轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動,但又“永遠(yuǎn)追不上”,因此才稱其為異步電動機(jī)。如果轉(zhuǎn)子繞組中的電流不是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的,而是自己產(chǎn)生的,則轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場無關(guān),而且其磁極方向是固定的,那么根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理,定子的旋轉(zhuǎn)磁場就會推拉轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),使轉(zhuǎn)子磁場和轉(zhuǎn)子本身,一起與定子旋轉(zhuǎn)磁場“同步”旋轉(zhuǎn)。這就是同步電動機(jī)的工作原理。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  永磁同步電動機(jī)具有較高的功率質(zhì)量比,體積更小,質(zhì)量更輕,輸出轉(zhuǎn)矩更大,電動機(jī)的極限轉(zhuǎn)速和制動性能也比較優(yōu)異,因此永磁同步電動機(jī)已成為現(xiàn)今電動汽車應(yīng)用最多的電動機(jī)。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導(dǎo)磁性能可能會下降,或發(fā)生退磁現(xiàn)象,有可能降低永磁電動機(jī)的性能。另外,稀土式永磁同步電動機(jī)要用到稀土材料,制造成本不太穩(wěn)定。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  三、驅(qū)動電機(jī)的作用

  驅(qū)動電機(jī)、電控系統(tǒng)、動力電池是電動汽車的核心部分,稱為“三電”。在電動汽車上,驅(qū)動電機(jī)替代了傳統(tǒng)汽車上的發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī),傳統(tǒng)汽車通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動車輛行駛,而驅(qū)動電機(jī)既可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動汽車行駛,也可以作為發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,并存儲在動力電池內(nèi)。 電機(jī)控制器將動力電池的高壓直流電變換為驅(qū)動電機(jī)的高壓三相交流電,使驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生力矩,并通過傳動裝置將驅(qū)動電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給車輪,驅(qū)動汽車行駛。

  

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)


  四、電動汽車電機(jī)的基本要求

  1. 電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小,封裝尺寸有限,必須根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行特殊設(shè)計。 2. 重量輕,以減輕車輛的整體重量。應(yīng)盡量采用鋁合金外殼,同時轉(zhuǎn)速要高,以減輕整車的質(zhì)量,增加電機(jī)與車體的適配性,擴(kuò)大車體可利用空間,從而提高乘坐的舒適性。 3. 可靠性高、失效模式可控,以保證乘車者的安全。 4. 提供精確的力矩控制,動態(tài)性能較好。 5. 效率高,功率密度較高。要保證在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有很高的效率,以降低功率損耗,提高一次充電的續(xù)駛里程。 6. 成本低,以降低車輛生產(chǎn)的整體費(fèi)用。 7. 調(diào)速范圍寬。應(yīng)包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū),低速運(yùn)行輸出的恒定轉(zhuǎn)矩大,以滿足汽車快速啟動、加速、負(fù)荷爬坡等要求;高速運(yùn)行輸出恒定功率,有較大的調(diào)速范圍,以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。 8. 瞬時功率大,過載能力強(qiáng)。要保證汽車具有4~5倍的過載能力,以滿足短時內(nèi)加速行駛與最大爬坡的要求。 9. 環(huán)境適應(yīng)性好。要適應(yīng)汽車本身行駛的不同區(qū)域環(huán)境,即使在較惡劣的環(huán)境中也能夠正常工作,具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。

  五、驅(qū)動電機(jī)的工作原理

  動力電池的直流電經(jīng)過高壓配電箱,通過電機(jī)控制器中的 DC/AC 變換器將直流電逆變成交流電,提供給永磁同步電機(jī),進(jìn)而永磁同步電機(jī)驅(qū)動汽車行駛。 當(dāng)車輛滑行或制動時,電機(jī)控制器控制驅(qū)動電機(jī)使其處于發(fā)電狀態(tài),驅(qū)動電機(jī)利用車輛動能發(fā)電,通過電機(jī)控制器中的 AC/DC 變換器將三相交流電整流成直流電,回收能量存入動力電池。

  為避免驅(qū)動電機(jī)在工作過程中溫度過高,電機(jī)冷卻循環(huán)水管中的冷卻液可將多余的熱量帶走,使其保持在正常的工作溫度范圍內(nèi)。

標(biāo)簽: 新能源汽車電機(jī)

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