电动汽车驱动电机研究与分析

毕业论文电动汽车驱动电机研究和分析学号08837212姓名岳俊锋班级汽服082专业汽车技术服务与营销系部机电工程系指导老师胡文娟完成时间2010年11月1日至2011年4月10日第2页共22页摘要：驱动电机可以说是电动汽车的心脏，给汽车提供强大的动力，相当与传统汽车的内燃机。研究纯电动汽车的驱动电机对解决能源危机具有巨大的意义。现今，对汽车驱动电机的研究，对解决电动汽车走向广泛应用，可以起巨大的推动作用。各种驱动电机的运用以及原理，让更多的人了解电动汽车驱动电机。关键词：驱动电机、原理Drivemotorcansayingistheheartofelectricvehicles,givecarsprovidesapowerfulforce,quiteandtraditionalautomobileengine.Pureelectricvehicledrivemotortosolvetheproblemofenergycrisisisofgreatsignificance.Nowadays,theresearchonautomobiledrivingmotor,electriccartowardsolutionstothewidespreadapplication.canplayagreatrole.Allkindsofmotordriveapplicationandprinciple,toletmorepeopleknowaboutevmotor.第3页共22页引言............................................................4第1章电机类型及原理............................................71.1直流电机定义...................................................71.2直流电动机的工作原理..........................................71.3交流电动机....................................................81.4交流电机原理..................................................91.5开关磁阻电机..............................................101.6永磁无刷直流电机..............................................111.7永磁无刷直流电机的优点.........................................121.8永磁无刷直流电机的注意事项......................................121.9永磁无刷直流电机的优越性.......................................121.10超声电机....................................................13第2章关于电动汽车行业最新动态...............................172.1电动汽车的行业动态.............................................172.2国家政策对电动汽车行业的影响..................................18第3章驱动电机技术发展趋势及发展状况.........................193.1车用电机的发展趋势如下.........................................193.2.国外发展情况根据国外资料介绍...................................193.3.我国发展现状.................................................19结束语.........................................................21参考文献.......................................................22第4页共22页引言由于美国金融危机引发的全球性经济危机使全球汽车产业陷入低迷，再加上高居不下的能源价格，日益严重的空气污染以及人类对环保认识的加深，另越来越多的汽车企业将目光聚焦于新能源汽车，从2009年的上海国际车展上初现端倪。以纯电动车、混合动力车为代表的新能源汽车在本届上海国际车展上无处不在，不仅国际汽车业巨头将新能源汽车作为其展示重点，国内自主品牌，如奇瑞、比亚迪、海马、吉利、长城和众泰也同样带来了各自精心研发的新能源汽车，几乎每家参展企业都将新能源汽车作为展示重点之一。能源危机的日益加剧和汽车保有量的与日俱增，使传统内燃机汽车面临严峻挑战。特别是经济正处于高速发展中的中国，石油消耗和进口量不断攀升，给油耗大户汽车工业的发展造成了前所未有的压力。在此情况下，发展电动汽车的呼声迅速升温，不少知名的整车厂商都已宣布将很快推出自己的电动车产品，电动车的时代已经招之即来了。电动汽车的历史其实早于内燃机汽车。当德国的戴姆勒和本茨于1883年发明汽油发动机汽车时，英国人罗伯特戴维森已于10年前制造出了世界上最早的可供实用的电动汽车。在1900年时，电动汽车与内燃机汽车相比还占有压倒性优势。然而此后内燃机技术不断取得突破，而电动车技术发展缓慢，激烈的市场竞争使内燃机汽车后来居上，成为汽车行业的绝对主流。自2009年10月29日，中国首座汽车充电站在上海建成以来，全国各省市的汽车充电站如雨后春笋般不断建成并投入使用。今年2月，继中海油之后,中国最大的成品油销售公司——中石化也加入纯电动汽车充电站网络建设之列。图表1充电解决方案一充电解决方案第5页共22页充电装置进入了加油站，是否就让电动汽车规模化更容易呢？目前的电动汽车的平均技术水平为：一般的小型家用型纯电动汽车快速充电半小时左右，可以行驶100公里。也就是说，如果驾驶电动汽车出行，电能快用完的时候，就要找到就近的加油站，并停车至少30分钟才能继续行驶。这样的时间成本恐怕会让习惯了几分钟内完成加油过程的车主们难以接受。如果说充电桩设置在停车场，那么会带来很大的方便。而在充电站网络建设的初期很难做到如此细节或散布。电动车大会上如此密集的来自全国各地乃至全球其他国家的充电设备开发和生产企业，交出了怎样的答案呢？在一家为国家电网提供充电装置的公司展台上，我们发现了一种解决方案——在加油站、充电站设置电池组快速更换业务。按照该公司的设计，整个过程是可以由自动的机械设备完成的。也就是说，消费者驾驶的电动汽车所使用的电池全部有专门的电池生产商或充电站提供。车上电量低时进入电池更换站，很短的时间即可更换上充满电的另一组电池，继续上路。雷诺汽车就提出了电动汽车与电池分开销售，电池单独租用的营销方式。与此种快捷的充电方式想必也是异曲同工之妙。这种方式若能够得以普及，将为电动汽车推广的规模化起到极大的推动作用。目前，电动汽车技术也有了一定进步，在短途低速、城市公交及旅游区交通等特定用途已经得到应用，但是，主要由于电池性能和成本的限制，电动汽车在轿车领域内才刚刚起步。电动汽车市场在未来几十年将是爆炸性增长，我国也在大举研究。我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。图表2电动汽车重大专项布局附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意第6页共22页驱动电机可以说是电动汽车的心脏，给汽车提供强大的动力，相当与传统汽车的内燃机。研究纯电动汽车的驱动电机对解决能源危机具有巨大的意义。本文选取各种目前广为应用的电动汽车的驱动电机，并附有图片和应用案例，介绍各种电机的特点，并对超声波电机在电动汽车的应用的可能性进行设想。第7页共22页第一章:电机类型及原理1.1直流电机定义：直流电机的结构:将直流电能转化成机械能（直流电动机）或将机械能转化为直流电能（直流发电机）的旋转电机。直流电机的结构应由定和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1.2直流电动机的工作原理导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。当电枢转了180°后，导体AE转到N极下，导体BF转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体AE、BF后，从电刷B流出。这时导体受力方向变为从右向左，导体受力方向是从左向第8页共22页右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。图表3。1直流电机原理因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体AE和BF流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原第9页共22页理。图表4左手定则示意图1.3:交流电动机是将电能转变为机械能的一种机器。交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。交流电动机由定子和转子组成，并且定子和转子是采用同一电源，所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。交流发动机就是利用这个原理而工作的。1.4原理交流电动机的原理：通电线圈在磁场里转动。你知道直流电动机的原理了吧？直流电动机是利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的。因此只要保证线圈受力方向一致，电动机就会连续旋转。交流电动机就是应用这点的。交流电动机由定子和转子组成，你所说的模型中，定子就是电磁铁，转子就是线圈。而定子和转子是采用同一电源的，所以，定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。关于二个铜环的作用：二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的被送入线圈。这个设计的好处是：避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈是不停的转的，你想想如果简单的用二条导线向线圈供电的话，会是怎么的情景？关于线圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈就不会停下来。第10页共22页图表5交流电机原理图表6交流电机外形1.5.开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速