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電動汽車電機
閱讀�3997時間�2017-08-11 10:16:28

    電動汽車電機是指以車�電源為動�,電動汽車電機用電機驅動車輪行駛,電動汽車電機符合道路交通、安全法�(guī)各項要求的車�。由于對�(huán)境影響相對傳�(tǒng)汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成�。電源為電動汽車的驅動電動機提供電能,電動汽車電機將電源的電能轉化為機械�,通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目�,電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸�電池,但隨著電動汽車技術的�(fā)�,鉛�蓄電�由于比能量較低,充電速度較慢,壽命較�,逐漸被其他蓄電池所取代�

基本介紹

    電機:泛指能使機械能轉化為電�、電能轉化為機械能的一切機�。特指發(fā)電機、電能機、電動機�

    電動機:俗稱馬達,是一種將電能轉化成機械能,并可再使用機械能產(chǎn)生動�,用來驅動其他裝置的電氣設備�

    由于電動汽車采用動力電池作為車載能源,其容量受到限制,為盡可能的延長�(xù)駛里�,大多數(shù)驅動系統(tǒng)都采用了能量回饋技�,即在汽車制動時,通過控制器將車輪損耗的動能反饋到電池中,并使電機處于發(fā)電狀�(tài),將�(fā)出的電輸送到電池�。因�,電動汽車的驅動機應該稱為電�,而不是我們習慣稱呼的電動�。例如中大青山采用的雙定子磁懸浮復合轉子電機既能將電能轉化為機械能,又能將機械能轉化為電��

詳細介紹

    電機分類

    除了�(fā)電功能外,電動汽車的電機主要還是起電動機的,所以我們以電動機來分類:(只作簡單分類�

    1.按工作電源種類劃分:可分為直流電機和交流電機�

    直流電機�

    按結構及工作原理可劃分:無刷直流電機和有刷直流電��

    又可分為永磁直流電機和電磁直流電��

    永磁直流電機按材料又分為稀�、鐵氧體、鋁鎳鈷永磁直流電機�

    電磁直流電機按勵磁方式又分為串勵、并�、他勵和復勵直流電機�

    交流電機可分:單相電機和三相電機

    2.按結構和工作原理劃分:可分為直流電機、異步電�、同步電機�

    異步電動機的轉子轉速總是略低于旋轉磁場的同步轉��

    同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速�

    3.按用途分,有驅動電機和控制用電機�

    4.按運轉速度�,有高速電機、低速電�、恒速電機和調速電機�

    低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機��

    工作原理

    1.交流電機

    單相異步電機通過電容移相作用,將單相交流電分離出另一相相位差90度的交流�。將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機線圈繞�,就在電機內形成旋轉的磁�,旋轉磁場在電機轉子內產(chǎn)生感應電�,感應電流產(chǎn)生的磁場與旋轉磁場方向相反,被旋轉磁場推拉進入旋轉狀�(tài),由于轉子必須切割磁力線才能�(chǎn)生感應電�,因此轉子轉速必須低于旋轉磁轉�,故稱異步電��

    三相異步電機不必通過電容移相,本身就有相�120度的三相交流�,故�(chǎn)生的旋轉磁場更均�,效率更��

    永磁同步交流電動機的磁場由磁鐵產(chǎn)�,轉子線圈通過電刷供電,轉速與交流電頻率為整倍數(shù)(分�(shù))關系(視轉子線圈繞組數(shù)而定�,故稱同步電��

    轉子線圈通過電刷供電,定子通過線圈繞組�(chǎn)生旋轉磁場的電機,按轉子線圈與定子線圈的�、并�(lián)關系分別稱串�、并勵電��

    2.直流電機

    直流電機有定子和轉子兩大部分組成,定子上有磁極(繞組式或永磁式),轉子有繞組,通電�,轉子上形成磁場(磁極),定子和轉子的磁極之間有一個夾�,在定轉子磁場(N極和S極之間)的相互吸引下,使電機旋轉。改變電刷的位置,就可以改變定轉子磁極夾角(假設以定子的磁極為夾角起始邊,轉子的磁極為另一邊,由轉子的磁極指向定子的磁極的方向就是電機的旋轉方向)的方�,從而改變電機的旋轉方向�

    電機結構

    1.永磁式直流電機:

    由定子磁�、轉子、電�、外殼等組成�

    定子磁極采用永磁體(磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材�。按其結構形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種�

    轉子一般采用硅鋼片疊壓而成,漆包線繞在轉子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組),其各接頭分別焊在換向器的金屬片��

    電刷是連接電源與轉子繞組的導電部件,具備導電與耐磨兩種性能。永磁電機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電�、電化石墨電刷�

    2.無刷直流電機�

    由永磁體轉子、多極繞組定�、位置傳感器等組��

    無刷直流電機的特點是無刷,采用半導體開關器件(如霍爾元件)來實現(xiàn)電子換向�,即用電子開關器件代�?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)��

    位置傳感器按轉子位置的變�,沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置,并在確定的位置處�(chǎn)生位置傳感信�,經(jīng)信號轉換電路處理后去控制功率開關電路,按一定的邏輯關系進行繞組電流切換)�

    位置傳感器有磁敏�、光電式和電磁式三種類型�

    采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機,其磁敏傳感器件(例如霍爾元�、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用集成電路等)裝在定子組件上,用來檢測永磁體、轉子旋轉時�(chǎn)生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元��

    采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件,轉子上裝有遮光�,光源為�(fā)光二極管或小燈泡。轉子旋轉時,由于遮光板的作�,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信��

    采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓�、接近開�、LC諧振電路等),當永磁體轉子位置發(fā)生變化時,電磁效應將使電磁傳感器�(chǎn)生高頻調制信號(其幅值隨轉子位置而變化)�

    定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供�

    電機特�

    用于電動汽車的驅動電機與常規(guī)的工�(yè)電機不同。電動汽車的驅動電機通常要求頻繁的啟�/停車、加�/減速,低速或爬坡時要求高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,并要求變速范圍大。而工�(yè)電機通常�(yōu)化在額定的工作點。因�,電動汽車驅動電機比較獨特,應單獨歸為一��

    電機要求

    他們在負載要求、技術性能和工作環(huán)境等方面有著特殊的要求:

    1、電動汽車驅動電機需要有4-5倍的過載以滿足短時加速或爬坡的要�;而工�(yè)電機只要求有2倍的過載就可以了�

    2、電動汽車的轉速要求達到在公路上巡航時基本速度�4-5�,而工�(yè)電機只需要達到恒功率是基本速度�2倍即可�

    3、電動汽車驅動電機需要根�(jù)車型和駕駛員的駕駛習慣設�,而工�(yè)電機只需根據(jù)典型的工作模式設計�

    4、電動汽車驅動電機要求有高度功率密度(一般要求達�1kw/kg以內)和好的效率圖(在較寬的轉速范圍和轉矩范圍內都有較高的效率�,從而能夠降低車�,延長續(xù)駛里程;而工�(yè)電機通常對功率密�、效率和成本進行綜合考慮,在額定工作點附近對效率進行�(yōu)��

    5、電動汽車驅動電機要求工作可控性高、穩(wěn)�(tài)精度�、動�(tài)性能�;而工�(yè)電機只有某一種特定的性能要求�

    6、電動汽車驅動電機被裝在機動車上,空間小,工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動等等惡劣�(huán)境下。而工�(yè)電機通常在某一個固定位置工��

命名標準

    國標關于電動車電機的命名標準如下� 派生代號,用大寫漢語拼音字母表示

    性能參數(shù)代號,用二位阿拉伯數(shù)字表�

    �(chǎn)品名稱代�,用大寫漢語拼音字母表示機座號,以機殼外徑(mm)表�

    �(chǎn)品名稱代�

    SYT:鐵氧體永磁式直流伺服電動機

    SYX:稀土永磁式直流伺服電動�

    SXPT:鐵氧體永磁式線繞盤式直流電動機

    SXPX:稀土永磁式線繞盤式直流�

    SWT:鐵氧體永磁式無刷直流伺服電動機

    SWX:稀土永磁式無刷直流伺服電動�

檢修方法

    電機故障的檢�

    電機的故障有機械故障與電氣故障兩大類,機械故障比較容易發(fā)�(xiàn),而電氣故障就要通過測量其電壓或電流進行分析判斷�,以下介紹電機常見故障的檢測與排除方��

    1、電機的空載電流�

    當電機的空載電流大于極限�(shù)�(jù)�,表明電機出�(xiàn)了故障。電機空載電流大的原因有,電機內部機械摩擦大,線圈局部短�,磁鋼退�。我們繼�(xù)往下做有關的測試與檢查項目,可以進一步判斷出故障原因或故障部位�

    電機的空�/負載轉速比大于1.5,打開電源,轉動轉把,使電機高速空載轉�10s以上。等電機轉速穩(wěn)定以�,測量此時電機的空載轉速N1。在標準測試條件下,行駛200m距離以上,開始測量電機的負載轉速N2??蛰d/負載轉比=N2÷N1�

    當電機的空載/負載轉速比大于1.5�,說明電機的磁鋼退磁已�(jīng)相當厲害�,應該更換電機里面整套的磁鋼,在電動車的實際維修過程中一般是更換整個電機�

    2、電機發(fā)�

    電機�(fā)熱的直接原因是由于電流大引起的,電機電流I,電機的輸入電動勢E1,電機旋轉的感生電動勢(又叫反電動勢)E2,與電機線圈電阻R之間的關系是:I=(E1-E2)÷R,I增大,說明R變小或E2減少了。R變小一般是線圈短路或開路引起的,E2減少一般是磁鋼退磁引起的或者是線圈短路,開路引起的。在電動�

    的整車的維修實踐�,處理電機發(fā)熱放障的方法,一般是更換電機�

    3、電機在運行時內部有機械碰撞或機械噪�

    無論高速電機還是低速電機,在負載運行時都不應該出現(xiàn)機械碰撞或不連續(xù)不規(guī)則的機械噪音。不同形式的電機可運用不同的方法進行維修�

    4、整車行駛里程縮�、電機乏�

    車續(xù)行里程短與電機乏力(俗稱電機沒勁)的原因比較復雜。但是當我們排除了以上4種電機故障之�,一般說�,整車續(xù)行里程短的故障就不是電機引起的了,這和電池容量的衰�,充電器充不滿電,控制器參數(shù)漂移(PWM信號沒有達到100%)等有關�

    5、無刷電機缺�

    無刷電機缺相一般是由于無刷電機的霍耳元件損壞引起的。我們可以通過測量霍耳元件輸出引線相對霍耳地線和相對霍耳電源的引線的電�,用比較法判斷是哪只霍耳元件出�(xiàn)故障�

    為保證電機換相位置的精確,一般建議同時更換所有的三個霍耳元件。更換霍耳元件之�,必須弄清楚電機的相位代�(shù)角是120°還是60°,一�60°相角電機的三個霍耳元件的擺放位置是平行的。�120°相角電機,三個霍耳元件中間的一個霍耳元件是呈翻�180°位置擺放��

    電機拆裝與保�(yǎng)

    一、電機的拆卸

    電機轉子與定子的徑向間隙叫做氣隙(空氣間隙),一般電機的氣隙�0.25-0.8mm之間,當拆卸完電機排除了電機故障之后,一定要對原來的端蓋記號進行裝配,這樣可以防止二次裝配后的掃膛�(xiàn)��

    �、電機內齒輪的潤�

    如果有刷有齒輪轂電機與無刷有齒輪轂電機運行的噪音開始變大,或者更換了電機內的齒輪,應將齒輪所有齒面涂滿潤滑脂,一般使�3號潤滑脂或廠家指定的潤滑��

    三、電機的組裝

    在組裝有刷電機之�,請檢查刷握里面彈簧的彈�,檢查炭刷與刷握是否有碰�,檢查炭刷在刷握里是否能達到行程,注意炭刷與換相器的正確定位,以免卡壞炭刷或刷握�

應用特點

    無刷直流電動機之所以被廣泛應用于電動車,是因為它與傳統(tǒng)的有刷直流電動機相比具有以下二方面的�(yōu)��

    �1)壽命長、免維護、可靠性高。在有刷直流電動機中,由于電機轉速較�,電刷和換向器磨損較�,一般工�1000小時左右就需更換電刷。另外其減速齒輪箱的技術難度較�,特別是傳動齒輪的潤滑問�,是目前有刷方案中比較大的難�。所以有刷電機就存在噪聲�、效率低、易�(chǎn)生故障等問題。因此無刷直流電動機的優(yōu)勢很明顯�

    �2)效率高、節(jié)�。一般而言,因無刷直流電動機沒有機械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消�,以及調速電路損耗,效率�??筛�?5%,但考慮到實際設計中的性價比,為減少材料消�,一般設計為76%。而有刷直流電動機的效率由于齒輪箱和超越離合器的消�,通常�70%左右�

電機組成

    在電動自行車行業(yè),電機一般指電機總成,包括電機心、減速機構等。下面我們講的電動自行車均指電機總成�

    一、電機的拆卸

    拆卸電機之前應首先拔開電機與控制器的引線,此時一定要記錄下電機引線顏色與控制器引線顏色的一一對應關系。打開電機端蓋之前應清潔作場地,以防止雜物被吸在電機內的磁鋼�。做好端蓋與輪轂相對位置的標記。注意:一定要對角松動螺釘,以免電機外殼變�。電機轉子與定子的徑向間隙叫氣隙(空氣間隙),一般電機的氣隙�0.25-0.8mm之間,當拆卸完電機排除了電機故障之后,一定要對原來的端蓋記號進行裝配,這樣可以防止二次裝配后的掃膛�(xiàn)象�

    �、電機內齒輪的潤�

    如果有刷有齒輪轂電機與無刷有齒輪轂電機運行的噪音開始變大,或者更換了電機內的齒輪,應將齒輪所有齒面涂滿潤滑脂,一般使�3號潤滑脂或廠家指定的潤滑��

    �、電機的組裝

    在組裝有刷電機之�,請檢查刷握里面彈簧的彈�,檢查炭刷與刷握是否有碰擦,檢查炭刷在刷握里是否能達到行�,注意炭刷與換相器的正確定位,以免卡壞炭刷或刷握�

    安裝電機的時�,首先應清理電機部件表面的雜�,以免影響電機的正常運轉,并且一定要將輪轂體固定結實,以免安裝時由于受磁鋼的強力吸引,造成部件相互撞擊、損�。檢�36V正常,控制器輸出5V�12V正常,電動機電阻正常。把電動機直接連接�36V電池�,電動機運轉正常�

�(fā)展經(jīng)�

    永磁無刷直流電機

    通過改變永磁直流電機的定子和轉子的位�,就可以得到永磁無刷直流電機。需注意到是“直流”這個術語會引起誤解,因為它并不是指直流電機,實際上它采用交流方波供�,所以也稱為永磁無刷方波電機。它的優(yōu)點是無刷,消除了電刷帶來的許多問�。而且方波電流方波磁場相互作用可以�(chǎn)生更大的轉矩。佛山照明沈大衛(wèi)教授給的全稱就是“永磁無刷方波力矩電機��

    永磁無刷同步電機

    用永磁材料代�?zhèn)鹘y(tǒng)同步電機的勵磁繞組,就能去掉傳統(tǒng)的電�、滑�(huán)和勵磁繞組的銅損,由于采用正弦交流電及無刷結�,又叫永磁無刷交流電�。其�(yōu)點是高能量密度和高效�,其恒功率區(qū)域有更寬的轉速范�,并可以以矢量控制方法來滿足電動汽車的高性能要求。如南車時代的電機�

    異步電機驅動系統(tǒng)

    異步電機其特點是結構簡單、堅固耐用、成本低�、運行可靠、低轉矩脈動、低噪聲、不需要位置傳感器、轉速極限高�

    異步電機矢量控制調速技術比較成熟,使得異步電機驅動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)�,因此被較早應用于電動汽車的驅動系統(tǒng),仍然是電動汽車驅動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品(尤其在美國),但已被其它新型無刷永磁牽引電機驅動系統(tǒng)逐步取代�

    缺點是驅動電路復�,成本高;相對永磁電機而言,異步電機效率和功率密度偏低�

�(fā)展趨�

    電機驅動系統(tǒng)

    �20世紀80年代開關磁阻電機驅動系統(tǒng)問世�,打破了傳統(tǒng)的電機設計理論和正弦波電壓源供電方式;并隨著磁阻電機,永磁電�、電力電子技術和計算機技術的�(fā)�,交流電機驅動系�(tǒng)設計進入一個新的黃金時�;新的電機拓樸結構與控制方式層出不究,推出了新一代機電一體化電機驅動系統(tǒng)迅猛�(fā)�。高密度、高效率、輕量化、低成本、寬調速牽引電機驅動系�(tǒng)已成為各國研究和開發(fā)的主要熱點之一�

    SRD開關磁阻電機驅動系統(tǒng)的主要特點是電機結構緊湊牢固,適合于高速運行,并且驅動電路簡單成本�、性能可靠,在寬廣的轉速范圍內效率都比較高,而且可以方便地實�(xiàn)四象限控�。這些特點使SRD開關磁阻電機驅動系統(tǒng)很適合電動車輛的各種工況下運�,是電動車輛中極具有潛力的機�。SRD的特點是轉矩脈動大、噪聲大;此�,相對永磁電機而言,功率密度和效率偏低;另一個缺點是要使用位置傳感器增加了結構復雜�、降低了可靠性。因此無傳感器的SRD也是未來的發(fā)展趨勢之一�

    永磁式開關磁阻電機也稱為雙凸極永磁電機,永磁式開關磁阻電機可采用圓柱形徑向磁場結�、盤式軸向磁場結構和�(huán)形橫向磁場結�。該電機在磁阻轉矩的基礎上迭加了永磁轉矩,永磁轉矩的存在有助于提高電機的功率密度和減小轉矩脈�,以利于它在電動車輛驅動系統(tǒng)中應��

    轉子磁極分割型混合勵磁結構同步電機這一概念一提出就引起國際電工界和各大汽車公司研�(fā)中心的極大關�。轉子磁極分割型混合勵磁結構同步電機具有磁場控制能力,類似直流電機的低速助磁控制和高速弱磁控�,符合電動車輛牽引電機低速大力矩和恒功率寬調速的需�。該電機的研究處于探索階段,電機的機理和設計理論有待于進一步深入研究與完善,作為電動車輛牽引電機具有較強的潛在的競爭優(yōu)��

    此外,正在研�(fā)的熱點課題還有:

    具有磁場控制能力的永磁同步電機驅動系�(tǒng)�

    車輪電機驅動系統(tǒng)�

    動力傳動一體化部件(電�、減速齒�、傳動軸);

    雙饋電異步電機驅動系�(tǒng)和雙饋電永磁同步電機驅動系統(tǒng)�

    電子伺服系統(tǒng)

    1993年美國能源部、商務部、貿易部、國防部、環(huán)保局、宇航局、國家科學基金會七個政府部門下美國三個的汽車制造公�,克萊斯�、福特和通用,建立了新一代車輛伙伴關系(PNGV,Partnership for a New Generation of Vehicles�,目標是開發(fā)新一代機動車技術,以增強美國汽車工�(yè)的實��1998年至2002年期間,美國國家自然科學基金(NSF)資助美國國家電力電子中心(由美國Virginia和美國Wisconsin等四所大學組建)研�(fā)車輛電子動力驅動系統(tǒng)、電子伺服控制系�(tǒng)和各種車輛專用IC模塊,提高汽車電子電氣部件的可靠�,降低其成本和搶占車輛電氣自動化技術的制高�,增強在國際市場的競爭力。線控的汽車電子伺服系統(tǒng)(X-by-wire)在未來將是十分重要的技�,該技術可將各種獨立的系統(tǒng)(如轉向、制動、懸掛等)集成到一起由計算機調�,使汽車的操縱性、安全性以及汽車的總體結構大大改善,設計的靈活度也大大增加。電子動力方向盤和線控剎車已�(jīng)在一些歐洲車型上被采�,在這個系�(tǒng)中已�(jīng)削減了相當多的機械部�,如液壓泵等。汽車電子伺服技術是具有革命性的技�,隨著這個技術的使用,許多傳�(tǒng)的機械部件將會在未來的汽車上消失,而越來越多的車用伺服電機將出�(xiàn)在未來的汽車��

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