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關(guān)于新能源汽車上所用電機？

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-03-20

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在HEV上是以電動機驅(qū)動作為發(fā)動機驅(qū)動的輔助動力，但又必須對電池組的質(zhì)量和整車的整備質(zhì)量進行限制，以減輕HEV的總質(zhì)量。因此，一般電動－發(fā)電機只是在HEV發(fā)動機啟動，車輛啟動、加速或爬坡時起作用。電動－發(fā)電機又是發(fā)動機的飛輪，起調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出功率作用。電動－發(fā)電機還起發(fā)電機的作用，電動－發(fā)電機又是發(fā)動機的飛輪，起調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出功率作用。電動－發(fā)電機還起發(fā)電機的作用，將發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。在HEV下坡或制動時，將汽車慣性動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。因此，HEV有了電動機的輔助作用，就可以使HEV達到節(jié)能和“超低污染”的要求。電動機的種類很多，用途廣泛，功率的覆蓋面非常大。但HEV所采用的電動機種類少，功率覆蓋面也較小。目前主要采用的交流電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機，不管是電機本身還是它們的控制裝置，成本都比較高，但隨著電動機的電子計算機控制和機電一體化的加速發(fā)展，很多新技術(shù)正逐步運用到混合動力汽車（HEV）的電動機上，一旦形成大規(guī)模批量生產(chǎn)，所用電機乃至整車的成本都會得到大大降低。（1）混合動力汽車用電動機的發(fā)展概況蒸汽機啟動了18世紀第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，19世紀末到20世紀上半葉電機又引起了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進入了電氣化時代。20世紀下半葉的信息技術(shù)引發(fā)了第三次產(chǎn)業(yè)革命，是生產(chǎn)和消費從工業(yè)化向自動化，智能化時代轉(zhuǎn)變；推動了新一代高性能電機驅(qū)動系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的研究與發(fā)展。21世紀伊始，世界汽車工業(yè)又站在了革命的門檻上。雖然，汽車工業(yè)是推動社會現(xiàn)代化進程的重要動力，然而，汽車工業(yè)的發(fā)展也帶來了環(huán)境污染愈烈和能源消耗過多兩大問題。顯然，加劇使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會使這兩大全球問題繼續(xù)惡化。于是，電動車（包括純電動車，混合動力汽車，燃料電池電動車）概念的提出，將會是未來世界汽車工業(yè)發(fā)展的新方向，不過就當(dāng)今世界科技水平來說，混合動力汽車的研究與開發(fā)相比其它兩種形式更具有現(xiàn)實意義，應(yīng)該作為這一新方向的第一步。20世紀80年代前，幾乎所有的電動車驅(qū)動電機均為直流電機，但隨著電動車（混合動力汽車）性能的提高，其在高負載下轉(zhuǎn)速的限制，體積大等缺點逐漸暴露，取而代之的是交流異步電機，永磁電機，開關(guān)磁阻電機以及新型的雙凸極永磁電機，而上述電機在用于混合動力汽車上所表現(xiàn)出來的性能也是一個比一個優(yōu)越。目前，雙凸極永磁電機的機理和設(shè)計控制理論還有待于進一步的研究與完善，不過它作為混合動力汽車的電動機有著潛在的巨大優(yōu)勢。（2）混合動力汽車對電動機的基本要求a.從日本汽車公司開發(fā)電動汽車的研究和實踐認為，在采用大功率的電動機來驅(qū)動HEV時，與采用小功率的電動機比較，具有電阻小，效率高，比能耗低，動力性能好等優(yōu)點。但在目前的條件下，各種電池的比能量較小，理所當(dāng)然地采用小功率的電動機，因而出現(xiàn)電阻大，效率低，比能耗高，動力性能差等問題。b.混合動力汽車的電動機應(yīng)具有較大范圍內(nèi)的調(diào)速性能，能夠根據(jù)駕駛員對加速踏板和對制動踏板的控制，由中央控制器控制電動機與發(fā)動機之間動力的協(xié)調(diào)。以獲得所需要的起動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉(zhuǎn)矩，使它們達到與內(nèi)燃機汽車加速踏板同樣的控制效果。c.混合動力汽車應(yīng)具有最優(yōu)化的能量利用，電動機應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時實現(xiàn)能量回收并反饋回蓄電池，這點在內(nèi)燃機汽車上是不能實現(xiàn)的。d.電動機的質(zhì)量，各種控制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求盡可能小，因此，大功率的高速電動機具有高性能，質(zhì)量小等優(yōu)點，在混合動力汽車得到了廣泛地應(yīng)用。另外，還要求電動機及控制裝置在運轉(zhuǎn)時的噪聲要低。e．各種電動機的電壓，可以達到120～500V，對電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合國家（或國際）有關(guān)車輛電氣控制的安全性能的標準和規(guī)定，裝置高壓保護設(shè)備。除此之外，還要求電動機可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單，適合大批量生產(chǎn)，運行時噪聲低，使用維修方便，價格便宜等。（3）混合動力汽車所用電動機的選擇策略在確定混合動力汽車所采用的電動機時，首先應(yīng)采用技術(shù)成熟，性能可靠，控制方便和價格便宜的現(xiàn)成的電動機。一般情況下，電動機性能必須充分滿足單獨用電力驅(qū)動模式行駛工況時的要求。電動機在低速時應(yīng)具有大的轉(zhuǎn)矩和超載能力。在高速運轉(zhuǎn)時，應(yīng)具有大的功率和有較寬闊的恒功率范圍。有足夠的動力性能來克服整車的各種阻力，保證其有良好的起動，加速性能和行駛速度及實現(xiàn)制動時的能量回收。現(xiàn)在混合動力汽車上，主要采用能夠?qū)崿F(xiàn)變頻、調(diào)速的高轉(zhuǎn)速電動機，高速電機的轉(zhuǎn)速可以達到1萬～1.2萬r/min，在高速運轉(zhuǎn)時，有更大的功率和有較寬闊的恒功率范圍，體積較小和質(zhì)量較小，但要求裝置高精度的高速軸襯，需要用高品質(zhì)的材質(zhì)來制作，并要保證高效率的冷卻。（4）雙凸極永磁電動機的簡介傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機（SRM）雖然可靠性較高，結(jié)構(gòu)十分簡單，單位體積功率與異步電動機相當(dāng)或略高一些，而且在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)都具有相當(dāng)高的效率，但是，從能量轉(zhuǎn)換的觀點看，SR電機在定子繞組的一個開關(guān)周期中，最多只有半個周期得到利用，電機實際運行時，為避免在電感下降區(qū)產(chǎn)生制動力矩，繞組電流的關(guān)斷角不得不較多地提前于最大電感位置，半個周期都未能得到充分利用。因此，SR電機僅獲得“一半的利用率”，由此產(chǎn)生了換流問題和相對材料利用率低問題?？梢灶A(yù)見，如果能利用定子繞組整個開關(guān)周期，在電感下降區(qū)也能產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，SR電機的單位體積功率必將大大提高，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SR電機是難以實現(xiàn)的。如果在SR電機中用永磁材料預(yù)先建立一個磁場，通過控制定子繞組的電流方向，使永磁體產(chǎn)生的磁場和繞組電流產(chǎn)生的磁場相互作用，就能實現(xiàn)在電感下降區(qū)產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩的設(shè)想。我國稀土材料的儲存量為世界第一，釹鐵硼等高性能稀土永磁材料在電機領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用，大大提高了電機性能，但在SR電機上的實踐才剛剛開始。雙凸極永磁電動機(Doubly salient permanent magnet motor,簡稱DSPM)，是隨著功率電子學(xué)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展在90年代剛剛出現(xiàn)的一種新型的機電一體化可控交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由雙凸極永磁電機、功率變換器、位置傳感器和控制器四部分組成。電機定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外形與開關(guān)磁阻電機相似,呈雙凸極結(jié)構(gòu),但它在轉(zhuǎn)子(或定子)上放有永磁體,從而使運行原理和控制策略與開關(guān)磁阻電機有本質(zhì)區(qū)別。DSPM系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)矩/電流比大,可實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性,功率因數(shù)接近于1,效率高,是電工學(xué)科近年來繼開關(guān)磁阻電機之后又一全新的研究方向。DSPM電機作為一種應(yīng)用前景看好的交流調(diào)速系統(tǒng),是由美國著名電機專家T.A.Lipo等人于1992年首先提出的,并進行了初步的理論和實驗研究,此后歐美一些國家也相繼開展了對DSPM電機及其控制系統(tǒng)的研制工作,目前國際上對DSPM電機的研究僅停留在初步理論和樣機實驗階段。關(guān)于DSPM電機仍有大量的基礎(chǔ)理論問題,包括電機參數(shù)計算,模型建立,分析方法,控制策略等有待深入探討。: 回答者：網(wǎng)友

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