第二章电动汽车结构与工作原理讲述.ppt

将驱动电机直接装在车轮上，缩短或去掉电动机与车轮之间的机械传递装置，这主要取决于是高速内转子电动机还是低速外转子电动机。高速内转子电动机体积小，质量轻，成低，但需要增加变速装置。而低速外转子电动机结构简单，无需变速装置，但它体积大，质量大，成本高。两者各有优缺点。?（1）若采用高速内转子电动机，必须装固定速比的减速器来降低车速。一般采用高减速的行星齿轮减速装置，安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间，这种电动机设计的工作转速约为10000r/min，目的是为了获得更高的功率密度。电动机的最高转速主要受线圈损失、摩擦损失、变速机构的承受能力等等因素影响。所选的行星齿轮机构的速比是10：1，而车速的转速范围降为0---1000r/min。?（2）若采用低速外转子电动机，则可以完全去掉变速装置，不需要减速装置。如图显示了这两种内置轮式电动机的结构，采用的都是永磁无刷电动机，由于具有显著的高功率密度的特点，因此更加吸引人。 这是另一种轮毂电动机结构，它采用了低速外转子电动机，彻底去掉了机械减速齿轮箱，电动机的外转子直接安装在车轮的轮缘上，车轮转速和电动汽车的车速完全取决于电动汽车的转速控制，使车速控制变得简单 A、直流电机驱动系统 直流电机驱动系统采用有刷直流电机，电机控制器一般采用斩波器控制方式。它具有成本低、易于平滑调速、控制器简单、控制相对成熟等优点。但由于需要电刷和换向器，结构复杂，运行时有火花和机械磨损，所以电机运行转速不宜太高。尤其是对无线电信号的干扰，这对高度智能化的未来电动汽车是致命的弱点。鉴于直流电机驱动系统的驱动控制器部分优势突出，使得直流电机驱动系统在当前燃料电池电动汽车领域仍占有一席之地。 B、异步电机驱动系统 这种电机结构简单，制造容易，效率比直流电机高，与永磁无刷电机、开关磁阻电机相比，成本最为低廉，但控制较为复杂。总的说来，异步电机系统的综合性价比具有一定的优势，尤其是异步电机的高可靠性、免维护、成本低廉的优点，使其成为电动汽车驱动系统的首选方案。 C、永磁无刷电动机驱动系统 永磁无刷电机驱动系统相比之下，效率高是其最大特点，质量轻，体积小，也无需维护。与异步电动机相比，永磁无刷电机成本较高，可靠性和使用寿命也较差，同时永磁体还存在失磁的可能。另外，制造工艺也比异步电机复杂。在控制上，由于永磁体的存在，弱磁控制有一定的难度。因此限制了这种电机系统在电动汽车的大量使用。 D、开关磁阻电机系统 ， 该电机转子没有绕组做成凸极，结构简单，可靠性高，快速响应好，效率与异步电机相当。由于转子无绕组，该电机系统特别适合频繁的正反转及冲击负载等工况。开关磁阻电机系统驱动电路采用的功率开关元件较少，电路简单，能较方便地实现宽调速和制动能量的反馈因。因此，这种系统在电动汽车中亦有一定的应用。其缺点主要在于其结构带来的噪音和振动较大。 目前来说，异步电机依然是最为适合的。随着电力电子技术的日益成熟和控制方法的不断进步，异步电机系统结构坚固的优点将特别突出，而其不足将随控制方法的不断改进得到弥补。长远看，永磁无刷电机在电动汽车上会有较好的应用。随着稀土永磁材料作为一个行业不断发展壮大，不论是成本，还是性能，永久磁钢都有长足的进步。而多年来对永磁无刷电机的研究，也使得其制造方法和性能都得到了发展。因此，可以预言，永磁无刷电机在电动汽车中的应用前景广阔[5]。 ? * ? 电机与控制器一体化的优化设计研究 电机设计要考虑逆变器供电的特点：du/dt, 谐波。 逆变器设计要考虑电动汽车电机的特点：大过载。 安装空间有限，运行环境恶劣。 ? 新的控制策略研究 更理想的转矩控制性能；更低的输出谐波含量， 更低的电机谐波损耗。 ? 高频软开关应用技术研究 用高频减小低速下的转矩脉动电磁噪声； 用软开关解决功率开关器件的开关损耗， 减小电磁干扰。 ? 电机的新材料、新结构、新工艺 例如：永磁材料、非晶铁心、多极高频电机。 ? 数字化控制技术和网络化通讯技术研究 ? 系统的电磁兼容技术研究 * 轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。 图2-23　四轮毂电机驱动系统 1)车轮可以实现±180°的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。 2)由于可以进行各车轮任意转矩控制，所以使得防滑控制、制动控制等多种性能得以发挥 图2-24　横向行驶和旋转行驶示意图(YONDEN PIVOT车型) 图2-25　低车地板轴a)传统有差速器的结构　b)轮毂电机驱动方式 现代电动汽车常用的电动机驱动系统有四种： 直流电机驱动系统 交流电机驱动系统 永磁无刷电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统 直流电机驱动系统采用有刷直流电机，电机控制器一般采用斩波器控制方式。 它具有成本低、易于平滑调速、控制器简单、控制相对成熟等优点。