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纯电动汽车构造与维修:驱动电机类型分类

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:搭载不同类型驱动电机的纯电动汽车具有不同性能,纯电动汽车按照驱动电机的类型不同,可分为直流电机驱动的纯电动汽车、交流电机驱动的纯电动汽车和双电机驱动的纯电动汽车。

纯电动汽车构造与维修:驱动电机类型分类

驱动电动机是纯电动的动力源,相当于传统汽车发动机,它直接将动力电池的电能转换为机械能,并驱动汽车行驶,所以驱动电机的性能影响纯电动汽车的运行性能。搭载不同类型驱动电机的纯电动汽车具有不同性能,纯电动汽车按照驱动电机的类型不同,可分为直流电机驱动的纯电动汽车、交流电机驱动的纯电动汽车和双电机驱动的纯电动汽车。

(一)直流电机驱动的纯电动汽车

使用直流电机作为驱动电机的汽车是直流电机驱动的纯电动汽车,由于直流电机转速相对较低,转矩较大,所以直流电机驱动的纯电动汽车转速低、转矩大,适用于城市道路。在电动汽车发展的早期,因为直流电机技术较为成熟,有着控制方式容易、调速优良的特点,所以直流电机驱动的纯电动汽车在我国被广泛应用。常见的有小型、低速搬运设备上采用的小功率直流电动机驱动电动车,如休闲用电动汽车、高尔夫球车等;低速、大转矩的专用车上采用的大功率直流电机驱动电动车,如矿石搬运电动车、玻璃搬运电动车等。

直流有刷电机因电刷换向器负载能力低、加速性能差和维护成本高等限制,所以在纯电动轿车上搭载的直流电动机一般为永磁无刷直流电动机。这种电机最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有电刷组件的机械接触结构,是一种高性能的电动机。搭载永磁无刷直流电机的纯电动汽车,使用过程中没有换向火花、没有无线电干扰、转速不受机械限制、电机传动系统具有较高的能量密度和传动效率,且使用寿命长、运行可靠、维修简便,有着很好的应用前景。但是,永磁无刷直流电动机驱动的纯电动汽车因在恒功率模式下运行需要一套复杂的控制系统,所以其造价很高,而且其体积和质量较大。目前,这种类型的电动汽车已经很少见了。

(二)交流电机驱动的纯电动汽车

常用的交流电机驱动的纯电动汽车主要有交流异步电机驱动的纯电动汽车、永磁同步电机驱动的纯电动汽车和开关磁阻电机驱动的纯电动汽车三种。

1.交流异步电机(三相异步感应电机)驱动的纯电动汽车

鼠笼式感应电动机驱动的电动汽车是比较常见的交流异步电机(三相异步感应电机)驱动的纯电动汽车。这种电机驱动的纯电动汽车,因电动机内的定子和转子采用硅钢片叠压,并且定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件,所以汽车结构简单、运行可靠、经久耐用。使用这种电机驱动的纯电动汽车可采用空气或液体方式冷却驱动电机,冷却自由度高,对环境的适应性好。这种电机转速在12 000~15 000r/min能输出要求的功率,并能在减速或者制动时实现能量回收,所以与同样功率的直流电动机驱动的纯电动汽车相比较,效率较高、质量较小、维修方便。

但是,交流异步电机驱动的纯电动汽车因电动机的耗电量较大,转子容易发热,在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却,否则会损坏电动机。交流三相感应电动机的功率因数较低,使得变频变压装置的输入功率因数也较低,因此需要采用大容量的变频变压装置。交流三相感应电动机的控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身,增加了电动汽车的成本。另外,交流三相感应电动机的调速性也较差。

2.永磁同步电机驱动的纯电动汽车(www.xing528.com)

永磁同步电机驱动的纯电动汽车,其电机控制精度和转矩密度高,所以搭载该款电机的纯电动汽车转矩平稳良好,振动噪声小,已成为国内外最具竞争力的电动汽车类型之一。同时,因为电机体积小、质量小,且功率密度高,转矩惯量比大,所以搭载该款电机的纯电动汽车过载能力强,尤其低转速时输出转矩大,启动加速耗时短,受到国内外电动汽车界广泛重视。比较典型的应用车型有丰田普锐斯混联式混合动力轿车。

3.开关磁阻电机驱动的纯电动汽车

使用开关磁阻电机驱动的纯电动汽车,其电机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等,只是在定子上有简单的集中绕组,绕组的端部较短,没有相间跨接线。因此,这种类型的汽车比其他任何一种电机驱动的汽车都要简单,维修护理容易,且可靠性好。同时,该款电机转速可达15 000r/min,效率可达85%~93%,且转子永磁体调速范围宽,搭载该款电机的纯电动汽车不仅控制灵活,易于实现各种特殊路况要求的转矩与速度,而且在很广的范围内能够保持高效率,甚至比交流感应电机驱动的汽车效率还要高。另外,开关磁阻电机结构和控制简单、扭矩大,无论通过正向电流或反向电流,其转矩方向不变,功率变换器电路较简单,因此对应的纯电动汽车可控性能好,再生制动能力强,且不易出现直通故障。

但由于该类型的纯电动汽车噪声大,转矩脉动和非线性严重,目前应用车型较少。

(三)双电机驱动的纯电动汽车

双电机驱动纯电动汽车具有两台电机和两组电机动力系统,并通过运动合成器将两者有机合成起来。这种纯电动汽车的两组电动机分别承担汽车低速运转和高速运转的工作,当汽车达到一定速度时两个电机可同时工作,使汽车兼具低速爬坡和高速续航的性能,在整个运行过程中全部是自动变速,从根本上改变了纯电动车的机动性能,同时也使其续驶里程达到最高。双电机驱动的纯电动汽车具有很高的工作效率、较强爬坡能力、较大的续航里程,而且有安全保险备用系统,是一种安全、节能、环保经济的汽车。

特斯拉Model S 60D(见图1-17),以及Model S 85D两款车型就属于双电机驱动纯电动汽车。

图1-17 特斯拉Model S 60D双电机纯电动汽车

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