文章出處:知識(shí)中心 網(wǎng)責(zé)任編輯: 洛陽軸承 閱讀量: 發(fā)表時(shí)間:2021-01-28 14:29:00
驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī)
驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件,是車輛行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo),直接影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。它是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種設(shè)備,它利用勵(lì)磁線圈,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)力矩。導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的作用,使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用
驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控系統(tǒng)、動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心部分,稱為“三電”。在電動(dòng)汽車上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代了傳統(tǒng)汽車上的發(fā)動(dòng)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(dòng)車輛行駛,而驅(qū)動(dòng)電機(jī)既可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)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(chǔ)在動(dòng)力電池內(nèi)。
電機(jī)控制器將動(dòng)力電池的高壓直流電變換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高壓三相交流電,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生力矩,并通過傳動(dòng)裝置將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給車輪,驅(qū)動(dòng)汽車行駛。圖1所示為驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力傳輸圖。
圖1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力傳輸圖
驅(qū)動(dòng)電機(jī)不僅可以驅(qū)動(dòng)車輛行駛,而且可以進(jìn)行制動(dòng)能量回收。圖2所示為驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)能量回收示意圖。驅(qū)動(dòng)電機(jī)在制動(dòng)、緩慢減速時(shí),整車控制器發(fā)出相應(yīng)指令,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)發(fā)電工況,此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能,通過電機(jī)控制器以電能的形式向動(dòng)力電池充電。
圖2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量回收?qǐng)D
二、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)
1、體積小、功率密度大
由于新能源汽車的整車空間有限,因此要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小,這就意味著驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器的尺寸將受到很大的限制,必須縮小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的體積,提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。因此一般選用高功率密度的永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
2、效率高、高效區(qū)廣、重量輕
新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的第二個(gè)特點(diǎn)就是效率要高、高效區(qū)要廣、重量要輕。由于當(dāng)前充電樁尚未廣泛普及,續(xù)駛里程短一直是新能源汽車的短板,提升續(xù)駛里程的方法有:
① 提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率。
② 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高效工況區(qū)要足夠廣,保證汽車在大部分工況下都處于高效狀態(tài)。
③ 減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)重量,間接降低整車功耗,提升續(xù)駛里程。
3、安全性與舒適性
新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)還需關(guān)注電機(jī)自身的安全性和舒適性。
安全性:即電機(jī)的可靠性,電機(jī)在惡劣環(huán)境下可以正常工作。
舒適性:即電機(jī)在運(yùn)行時(shí)不會(huì)使駕駛?cè)水a(chǎn)生體驗(yàn)上的不適感,應(yīng)關(guān)注電機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲情況。
三、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的組成
驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件主要由永磁同步電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器、冷卻循環(huán)水道和殼體等組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置,是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力裝置,是動(dòng)力總成的核心部件,承擔(dān)著電能轉(zhuǎn)化和充電的雙重功能。
1、永磁同步電機(jī)
北汽 EV160 驅(qū)動(dòng)電機(jī)如圖3所示。EV160 選用的是永磁同步電機(jī)。該電機(jī)具有效率高、體積小、重量輕及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。永磁同步電機(jī)是電驅(qū)系統(tǒng)的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu),是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的部件,依靠?jī)?nèi)置傳感器來提供電機(jī)的工作信息,并將這些信息發(fā)送給電機(jī)控制器。
圖3 北汽 EV160 驅(qū)動(dòng)電機(jī)
北汽 EV160 永磁同步電機(jī)具有電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能。電動(dòng)機(jī)工作原理是電機(jī)控制器分別控制 U 相、V 相和 W 相繞組,或者相鄰繞組的通電、斷電,在相應(yīng)的繞組或相鄰的繞組中產(chǎn)生磁場(chǎng),永磁轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下同步旋轉(zhuǎn),如圖4所示。車輛減速時(shí),永磁同步電機(jī)起到發(fā)電機(jī)的作用。交流發(fā)電機(jī)的工作原理是車輛減速時(shí),驅(qū)動(dòng)輪通過傳動(dòng)裝置反拖永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的永久轉(zhuǎn)子磁場(chǎng),分別切割 U、V、W 三相定子繞組,產(chǎn)生三相交流電,如圖5所示。
圖4 永磁同步電機(jī)電動(dòng)機(jī)工作原理
圖5 永磁同步電機(jī)發(fā)電機(jī)工作原理
2、旋轉(zhuǎn)變壓器
旋轉(zhuǎn)變壓器如圖6所示,它是一種能轉(zhuǎn)動(dòng)的變壓器,主要由旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子與定子組成。這種變壓器的一次、二次繞組分別放置在定、轉(zhuǎn)子上。一次、二次繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān),因此轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。
圖6 旋轉(zhuǎn)變壓器
旋轉(zhuǎn)變壓器可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線型旋轉(zhuǎn)變壓器和比例式旋轉(zhuǎn)變壓器。北汽EV160 采用的是正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器,主要用以檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置,并把其檢測(cè)結(jié)果傳輸給電機(jī)控制器,經(jīng)解碼可獲知電機(jī)轉(zhuǎn)速。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器勵(lì)磁繞組以一定的交流電壓勵(lì)磁時(shí),輸出繞組的電壓值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系。
3、溫度傳感器
溫度傳感器用以檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的溫度,電機(jī)控制器用它的信號(hào)保護(hù)驅(qū)動(dòng)電機(jī),避免過熱。北汽 EV160 采用的是 PT1000 溫度傳感器——鉑電阻溫度傳感器。金屬鉑(Pt)的電阻會(huì)隨著溫度變化而變化,并且具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,利用鉑的這種物理特性制成的溫度傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器。PT1000 表示在 0℃時(shí),其電阻為 1000Ω。
四、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理
動(dòng)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(dòng)汽車行駛。
當(dāng)車輛滑行或制動(dòng)時(shí),電機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其處于發(fā)電狀態(tài),驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用車輛動(dòng)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(dòng)力電池。
為避免驅(qū)動(dòng)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)。
(來源:電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用)
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