常用的驱动电机类型及原理

 时间:2023-08-03 00:04:07      开云作者: 开云科技

  的根本功能要求,现在常用驱动电机类型首要包含三大类,即沟通异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。现在,各车企配套车型计算中,每个车型选用的驱动电机类型也有所不同。

  因而,要进行新能源轿车搭载电机类型选用,了解驱动电机的结构、作业原理和功能优缺陷非常重要。

  沟通异步电机,也称感应电机,结构首要包含定子、转子、电机轴、前后轴承、端盖、方位传感器温度传感器、低压线束和高压动力线束。定子由定子铁心和三相绕组组成;转子常用笼型转子,包含转子铁心和笼型绕组。依据电机的功率不同会挑选水冷或许风冷方法。(图1)

  沟通异步电机要驱动供给扭矩,需求在定子线圈中通入三相沟通电,发生不断旋转的磁场(磁场转速为ns)。沟通异步电机要求定子三相绕组有必要对称,并且定子铁心空间上互差120度电视点;通入三相对称绕组的电流也有必要对称,巨细、频率相同,相位相差120度。旋转磁场的转速,见式(1)。

  式中,ns为旋转磁场的转速(也称同步转速),r/min;f为三相沟通电频率,Hz;p为磁极对数。对现已规划定型出产的驱动电机,磁级对数现已确认,因而决议磁场旋转速度的要素为三相沟通电频率。因为我国的电网频率f=50Hz,因而电机的转速和磁极对数有线笼型转子供给感应涡流

  因为定子供给旋转的磁场,笼型转子导体上感应出电涡流,如图3所示。在笼型绕组导体c和b之间的导磁区域内,有向外的磁力线,并且该磁力线在旋转磁场的效果下增强,因而,导体c、b上会感应出i1电涡流;同理,导体a和导体b区域内削弱的磁力线电涡流。导体b上的电流在定子旋转磁场的效果下,会使笼型绕组b导体遭到电磁力,然后使转子发生电磁转矩,旋转起来。旋转的转子逐步追上旋转磁场,以比磁场的“同步速度ns”稍慢的速度n旋转。这种转子的旋转速度n比定子磁场的速度ns稍慢的现象称为转子发生了转差,这种异步转差,让笼型转子导体继续切开磁力线发生感应电涡流,由此,在转子上,电能转化成

  规律,闭合电路的一部分导体在磁场里切开磁感线的运动时,导体中就会发生感应电流,发生的电动势成为感应电动势。在沟通异步电机中,电动机作为发电机时,定子中的通入三相电流为激磁电流,供给磁场,转子上绕组供给导体,当经过外部机械力,比方轿车驱动轴带动转子轴,然后带动转子运动时,假如转子上的转速高于定子旋转磁场的同步转速,此刻沟通异步电机即为发电机,转子此刻切开旋转磁场的方向与作为驱动电机转子作业时相反,因而转子感应电动势的方向也相反。在发电过程中,电机转子遭到与外力拖动相反的电磁阻力矩,使转子速度下降。

  沟通异步电机的长处是输出扭矩能够在大规模内调整,能在加快或许爬坡时短时间内强制进步输出扭矩,永磁同步电机的电驱动轿车一般经过添加齿轮箱组织来添加扭矩以提高速度。可是沟通异步电机的缺陷是电机因为单边励磁,发动电流较大,发生单位转矩需求的电流较大,并且定子中存在无功励磁电流,因而能耗比永磁同步电机大,

  功率因数滞后;重载驱动经常呈现过负荷现象;结构相对杂乱,其操控技能要求高,制作本钱高;功率密度相对低。现在,美国研发的电驱动轿车多选用沟通异步电机作为驱动电机。

  嵌入式永磁转子和内置式永磁转子,现在新能源电机常用内置式永磁转子。(图4)

  由定子供给旋转的磁场,磁场发生的方法和转速与沟通异步电机相同。由转子永磁体供给磁极。这样,定子发生的旋转磁场,与转子永磁体磁极和转子铁心,构成回路。依据磁阻最小原理,即磁通总是沿磁阻最小的途径闭合,运用旋转磁场的电磁力拉动转子旋转,所以永磁转子就会跟从定子发生的旋转磁场同步旋转,然后带动电机轴旋转。

  永磁同步电机的长处是体积小,质量轻,功率密度高,比较于异步电机能耗小,温升低,效率高。能够依据需求,规划成高发动转矩,高过载才能的结构电机。永磁同步电机严厉同步,动态呼应功能较好,合适变频操控,调整电流与频率即可很大规模调整电机的转矩和转速。可是,永磁同步电机中永磁资料一般选用钕铁硼强磁资料,这种资料较为脆硬,遭到激烈轰动有或许碎裂;并且转子选用永磁资料,在电机运用和过温状况下会呈现磁阑珊,构成动力下降。现在,永磁同步电机在新能源轿车电机中使用比较广泛,亚洲和欧洲新能源商场首要选用永磁同步电机作为新能源电机。

  操控器四部分,如图5所示。开关磁阻电动机本体首要结构包含定子、转子、方位传感器、前后轴承、前后端盖和电机壳体等,如图6所示。其间,定子包含定子铁心和绕组。定子铁心和转子都选用凸极结构,定子凸极铁心和转子都由硅钢片叠加而成,定子凸极上安置绕组,转子无绕组和永磁体。

  三相6/4极结构标明电动机定子有6个凸极,转子有个凸极,其间在定子相对称的两个凸极上的会集绕组相互串联,构成一相,相数为定子凸极数/2,如图7(a)所示。三相12/8极结构标明电动机定子有12个凸极,转子有8个凸极,其间在定子的4个两两对称凸极上的绕组相互串联,构成一相,相数为定子凸极数/4,如图7(b)所示。

  开关磁阻电机相数越多,步进角越小,作业越平稳,越有利于减小转矩动摇,但操控越杂乱,致使主开关器材增多和本钱添加。

  由图8中的三相12/8极开关磁阻电机作业原理图可知,当A相绕组电流操控主开关S1、S2闭合时,A相通电励磁,电动机内所发生的磁场力以OA为轴线的径向磁场,该磁场磁力线在经过定子凸极与转子凸极的气隙处是曲折的,此刻,磁路的磁阻大于定子凸极与转子凸极重合时的磁阻,因而,转子凸极遭到磁场拉力的效果,使转子极轴线Oa与定子极轴线OA的重合,然后发生磁阻性质的电磁转矩,使转子逆时针滚动起来。关断A相电,树立B相电源

  ,则此刻电机内磁场旋转30度,则转子在此刻电磁拉力的效果下,接连逆时针旋转15度。假如次序给A-B-C-A相绕组通电,则转子就按逆时针方向接连滚动起来;当各相中的定子绕组轮番通电一次时,定子磁场转过3×30度,转子转过一个转子极距3×15度(即360度/转子凸极数)。假如顺次给A-C-B-A相绕组通电,则转子会沿着顺时针方向滚动。开关磁阻电动机与电流的方向无关,取决于对定子相绕组的通电次序。在多相电动机的实践运转中,也经常呈现两相或两相以上绕组一起导通的状况。

  开关磁阻发电机作业状况相电感存在三种状况,励磁状况、续流状况和发电状况,其相电感L波形如图10所示。

  图9中,θ角界说为该相转子齿极轴线与定子齿槽轴线之间的夹角。转子齿极轴线与相应的定子齿槽轴线重合时,该相电感最小(界说为θ=0°);直至转子凸极的前沿与定子凸极的后沿相遇时(θ=θ1),绕组相电感始终保持Lmin不变;当转子继续滚动,转子凸极开端和定子凸极呈现重合,直至转子凸极后沿和定子凸极后沿彻底重合(此刻θ=θ2),绕组相电感在此区域内线性上升,直至最大值Lmax;当转子继续滚动至转子凸极的前沿和定子凸极的前沿重合时,此刻θ=θ4,该相电感继续Lmax。

  假如开关磁阻电机的绕组在θ3和θ4之间注册和关断,则电机作发电机机运转。此刻,在电感下降区构成电流,则dL/dθ<0,此刻相绕组有电流经过,则发生制动转矩(T(θ,i)<0),若外界机械力保持电机滚动,则电机吸收机械能,并把它转换成电能输出,此刻开关磁阻电机为发电机作业形式。

  并且,因为每种电机的结构和原理不同,使用规模也大不相同。依据国家的工业战略规划,环绕环保型新能源轿车的电驱动体系方向进行的研讨将会越来越广泛,电机品种和技能水平也会不断进步。