电动汽车用电机种类分析

GWM-PPTV2012.2部门：新能源工程研究院讲师：刘秀日期：2013年03月15日GWM-PPTV2012.2驱动特性场电机特性场驱动电机分类车辆动力性content2总结GWM-PPTV2012.23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0.02.04.06.08.010.0Maranello宝时捷911Gallardo宝马523Li奥迪A8宝马750奔驰S60005101560～100km/h4挡80～120km/h4挡60～100km/h5挡80～120km/h5挡BMW520I超车加速性能0-100Km/h加速性能GWM-PPTV2012.2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GWM-PPTV2012.25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，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GWM-PPTV2012.26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GWM-PPTV2012.27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GWM-PPTV2012.28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GWM-PPTV2012.29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GWM-PPTV2012.210交流三相感应电机交流三相感应流电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GWM-PPTV2012.211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，使用寿命长，其功率范围宽，转速可达到12000~15000r/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GWM-PPTV2012.212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GWM-PPTV2012.213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GWM-PPTV2012.214开关磁阻电机开关磁阻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GWM-PPTV2012.215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GWM-PPTV2012.216驱动电机性能比较项目直流电机感应电机永磁电机开关磁阻电机功率密度低中高较高峰值功率85-8990-9595-9790负荷效率80-8790-9285-8778-86转速范围4000-800012000-150004000-1000015000可靠性一般好优秀好坚固性差好一般优秀尺寸大中小小成本中较低较高较低控制器类型DC/DC转换器正弦波逆变器正弦波逆变器/方波逆变器单极性逆变器操作性能最好好好好成本系数13.52.54.5功率器件数少多多较多驱动电机分类GWM-PPTV2012.217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项目工业应用汽车应用功率密度空间不受限制，可标准封装配套各种应用布置空间有限，必须根据具体产品进行特殊设计峰值功率环境温度适中（-20—40℃）温度变化大（-40—105℃）负荷效率静止应用振动小振动剧烈可靠性要求较高以保证生产效率极高以保证乘车安全冷却方式风冷水冷控制方式多为变频调速控制，动态性较差需要精确的力矩控制，动态性较好功率密度较低较高驱动电机分类GWM-PPTV2012.218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GWM-PPTV2012.219Thankyou