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      新能源汽車驅動電機作用及工作原理 永磁同步電機結構圖

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2022-11-13

      一、什么是電機

      電機,顧名思義,就是將電能與機械能相互轉換的一種電力原件。當電能轉化為機械能時,電機表現出的就是電動機的工作特性,當機械能轉化為電能時,電機表現出的就是發電機的工作特性,結合到新能源汽車上,新能源汽車在放電狀態下驅動車輛前進或者后退時,表現出的就是電動機特性,在車輛松開加速踏板或者踩下制動踏板時,表現出的就是發電機特性。


      二、驅動電機的分類

      現階段的新能源汽車常用的驅動電機包括兩種,永磁同步電機及交流異步電機,且大多數新能源汽車采用的是永磁同步電機,只有少部分車輛采用了交流異步電機。

      1. 交流電機

      交流電動機主要有兩大部件:定子和轉子。定子是最外面的圓筒,圓筒內側纏繞有很多繞組,這些繞組與外部交流電源接通,整個圓筒則與機座連接在一起,固定不動,因此稱為“定子”。

      在定子內部,要么是纏繞有很多繞組的圓柱體,要么是籠型結構的圓柱體,它們與電動機的動力輸出軸連接在一起并同速旋轉,因此稱為“轉子”。轉子與定子之間沒有任何連接和接觸,但是當定子上的繞組接通交流電源時,轉子就會立刻旋轉并輸出動力。

       

      2. 異步電機

      交流電動機的工作原理:通電繞組在旋轉磁場里轉動。電動機中的定子和轉子并不接觸,為什么給定子繞組通上交流電后,轉子就會旋轉呢?其工作原理用到兩大電磁定律:電磁感應定律和楞次定律。當定子上纏繞的繞組通上交流電后,由于交流電的特性,定子繞組就會產生一個旋轉的電磁場。轉子上的繞組是一個閉環導體,它處在定子的旋轉磁場中就相當于在不停地切割定子的磁感應線。根據法拉第電磁感應定律,閉合導體的一部分在磁場中做切割磁感應線的運動時,導體中就會產生電流。

       

       


      根據楞次定律,感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因,也就是盡力使轉子上的導體不再切割定子旋轉磁場的磁感應線,這樣的結果就是:轉子上的導體會“追趕”定子的旋轉電磁場,也就是使轉子追著定子旋轉磁場跑,最終使電動機開始旋轉。由于轉子總是在“追趕”定子旋轉磁場的旋轉速度,并且為了能夠切割磁感應線而產生感應電流,轉子的轉速總要比定子電磁場的轉速慢一點點(2%~6%),也就是異步運行,所以才將這種產生感應電流的電動機稱為異步電動機。

       


      3. 永磁同步電機

      在異步電動機中,轉子磁場的形成要分兩步走:第一步是定子旋轉磁場先使轉子繞組產生感應電流;第二步是感應電流再產生轉子磁場。在楞次定律的作用下,轉子跟隨定子旋轉磁場轉動,但又“永遠追不上”,因此才稱其為異步電動機。如果轉子繞組中的電流不是由定子旋轉磁場感應的,而是自己產生的,則轉子磁場與定子旋轉磁場無關,而且其磁極方向是固定的,那么根據同性相斥、異性相吸的原理,定子的旋轉磁場就會推拉轉子旋轉,使轉子磁場和轉子本身,一起與定子旋轉磁場“同步”旋轉。這就是同步電動機的工作原理。


       


      永磁同步電動機具有較高的功率質量比,體積更小,質量更輕,輸出轉矩更大,電動機的極限轉速和制動性能也比較優異,因此永磁同步電動機已成為現今電動汽車應用最多的電動機。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導磁性能可能會下降,或發生退磁現象,有可能降低永磁電動機的性能。另外,稀土式永磁同步電動機要用到稀土材料,制造成本不太穩定。

       

      新能源汽車的驅動電路 

      四、電動汽車電機的基本要求

      1. 電機結構緊湊、尺寸小,封裝尺寸有限,必須根據具體產品進行特殊設計。

      2. 重量輕,以減輕車輛的整體重量。應盡量采用鋁合金外殼,同時轉速要高,以減輕整車的質量,增加電機與車體的適配性,擴大車體可利用空間,從而提高乘坐的舒適性。

      3. 可靠性高、失效模式可控,以保證乘車者的安全。

      4. 提供精確的力矩控制,動態性能較好。

      5. 效率高,功率密度較高。要保證在較寬的轉速和轉矩范圍內都有很高的效率,以降低功率損耗,提高一次充電的續駛里程。

      6. 成本低,以降低車輛生產的整體費用。

      7. 調速范圍寬。應包括恒轉矩區和恒功率區,低速運行輸出的恒定轉矩大,以滿足汽車快速啟動、加速、負荷爬坡等要求;高速運行輸出恒定功率,有較大的調速范圍,以滿足平坦的路面、超車等高速行駛的要求。

      8. 瞬時功率大,過載能力強。要保證汽車具有4~5倍的過載能力,以滿足短時內加速行駛與最大爬坡的要求。

      9. 環境適應性好。要適應汽車本身行駛的不同區域環境,即使在較惡劣的環境中也能夠正常工作,具有良好的耐高溫、耐潮濕性能。

      五、驅動電機的工作原理

      動力電池的直流電經過高壓配電箱,通過電機控制器中的 DC/AC 變換器將直流電逆變成交流電,提供給永磁同步電機,進而永磁同步電機驅動汽車行駛。

      當車輛滑行或制動時,電機控制器控制驅動電機使其處于發電狀態,驅動電機利用車輛動能發電,通過電機控制器中的 AC/DC 變換器將三相交流電整流成直流電,回收能量存入動力電池。

      為避免驅動電機在工作過程中溫度過高,電機冷卻循環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。

      Tags:新能源車,驅動電機,工作原理  
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