2.4开关磁阻电机(SRM)
开关磁阻电机又称可变磁阻电机,1883年就用于机车牵引,到现代功率电子学和大功率计算设备的出现,它的潜能才得以充分的发挥。作为一种新型的特种电机,它是集电机技术、现代电力电子技术与计算机控制技术相结合的产物,近20年来备受重视。它综合了感应电机和直流电机传动系统的优点,有着无磁钢、成本低、效率高、结构简单坚固、容错性好、低速输出转矩高等很多优良的特点,特别适合于电动汽车在各种工况下运行,为电动汽车行业所关注。
开关磁阻电机是电动汽车驱动系统用的驱动电机中极具竞争力的电机,是当前电动汽车驱动电机的又一个新的选择,在混合动力汽车和纯电动汽车中已得到成功的应用,具有良好的应用前景。国际上如奔驰、沃尔沃、菲亚特、通用等公司,正大力发展电动汽车用开关磁阻电机。
开关磁阻电机是基于“磁阻最小”的原理设计的新型具有凸极结构的电机,其相数可以较多,但一般采用的是三相或四相。定子凸极和转子凸极有多种组合方式,定子凸极和转子凸极均为偶数,一般转子凸极数比定子凸极数少2个,共同组成不同极数的开关磁阻电机。
开关磁阻电机的双凸级结构,给电机运行带来了转矩脉动和噪声,将直接影响电动汽车行驶和乘座舒适性,这2个问题以往成为了制约开关磁阻电机进入电动汽车行业应用领域的主要障碍。现在研发的低噪声振动的开关磁阻电机,有效地抑制了运行过程中的转矩脉动及噪声,为开关磁阻电机在电动汽车驱动系统中的应用,起到了积极的推动作用。
开关磁阻电机由于无永磁体,解决了永磁同步电机和无刷直流永磁电机现存的技术问题,如永磁材料的高温下的退磁失磁、成本增高、磁钢的不均匀性造成磁极分布的不均匀而影响运行等问题。
开关磁阻电机具有设计合理、结构紧凑、无永磁体、制造容易、生产工艺简单、成本低、免维护、控制简单等特点,充分发挥了开关磁阻电机启动转矩大、效率高、运行平稳以及安全可靠的特长。研究表明,通过对开关磁阻电机的灵活控制,能够实现在宽调速范围内电动或发电方式下高效率的运转,将它用于混合动力汽车ISG系统,具有良好的开发利用价值。
开关磁阻电机的控制可以分为电流斩波控制方式(CCC)、角度位置控制方式(APC)和电压控制方式(VC)3种。开关磁阻电机的机械特性如图5所示。开关磁阻电机在新能源电动汽车上的应用实例如表5所示。
2.5新能源电动汽车用各种驱动电机的性能对比
以上所述的新能源电动汽车用各种类型的驱动电机,在选定时,应根据电动车辆的电机驱动系统的结构,电动汽车的总体设计目标,行驶性能要求,车辆技术性能指标要求,车载能源系统的性能,电机本身的性能特点,电机及其控制器成本等因素进行综合考虑,然后正确选定。
一般而言,各种类型的电动汽车对其驱动电机的要求各不相同,必须针对主要应用特点,选择最适合的驱动电机方案。例如,高档轿车对电机体积质量要求高,同时要求低转矩脉动和低噪声,可优先选用永磁电机;跑车、概念车及越野车等对加速特性或过载能力要求高,希望有超高速运行能力,可优先选用开关磁阻电机;对于主要在市区较平坦路况行驶的经济型大众化私家车、邮政车、环保车或观光车等车辆,对电机性能要求不是很高,但对低成本要求高,则可优先选用交流异步电机;对于采用AMT(自动换档)的车辆,要求电机转速响应快,选用开关磁阻电机是最佳的选择;对于要求较大功率驱动电机的大型车辆,出于成本和性能稳定性方面的考虑,显然不应优先选用永磁电机。但是究竟采用那种电机为最好,有待于装备各种类型驱动电机的电动汽车在道路上长期行驶,通过实践考验后方能作出,目前业界尚无定论。各种电动汽车用电机性能对比如表6所示。
3 结语
本文对新能源电动汽车用驱动电机的要求及主要性能参数,对新能源汽车的核心关键部件驱动电机,目前所采用的各种类型一一作了解析,分析了各类驱动电机的结构特点、性能、优缺点,列举了在新能源汽车上应用的一些实例。通过本文,可对新能源汽车用驱动电机有一个比较全面的了解,供选用新能源汽车用驱动电机时参考。