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解析电动汽车电动机系统介绍及故障(上)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2015-08-07 07:54:55


(3)dual-mode或2-mode Hybrid
    第三种系统来自通用汽车,美国人采用完全不同的理念来实现混合动力。虽然与两家日本厂商的研发理念不同,但通用汽车的这套双模混合动力系统依旧采用了两组电动机。当处于低挡位时,第一台电动机会将动力传递给第二台电动机,然后由它们与发动机一同向车轮传递动力;在重载或处于高挡位时,发动机依旧处于运转状态(这与HSD和IMA发动机可关闭或减少工作汽缸数量的做法不同)。
    车辆加速时,第一台电动机并不会向车轮传递动力,而第二套电动机还是以发动机的工作模式为电池组充电;车速进一步提升后,第一台电动机开始将电能传递给第二台电动机,同时第二台电动机停止向电池组充电,改由同发动机一起驱动车辆。

 (4)沃尔沃V60 plugin系统
    以上三种混合动力系统均由汽油发动机+电动机组成,沃尔沃汽车公司则独辟蹊径地在2011年推出了世界上首款柴油混合动力汽车—V60 plugin。沃尔沃V60 plugin通过小排量柴油发动机向电动机供电,四台轮边电动机则肩负驱动车轮的任务。
    这样设计的优势在于没有变速器,也不用设置半轴,可以大幅减轻车重,简化车身结构。目前,这款车型还未正式量产。不过一旦其投入市场势必会迎来一场关于其属性的争论,到底它算是混合动力还是纯电动汽车呢?目前将其定位为增程式电动汽车或许比较合适。

    3.不同种类动力传递技术路线的特点
    在维修混合动力汽车和查看维修手册时,先要搞清楚被维修车辆动力传递的技术路线,这就像在维修传统汽车前先搞清楚被修理的发动机是几个缸、是单点喷射还是多点喷射,虽然非常基础但也非常重要。
      为了便于大家理解,笔者将常见的混动力技术路线归纳总结,如图5所示。

    从图5的统计表中可以看出,不同的混合动力技术方案在国内外乘用或商用车中均得到了广泛应用,相对来说P2在欧洲比较流行,行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位,P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍,采用P03的欧蓝德和标致3008均已实现量产。电动汽车车型在选择结构时应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加,例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统,尽管节油效果较好,但由于结构复杂且成本较高,近十年间的市场表现不尽如人意。

    三、电动机的分类
    1.无刷直流永磁电动机
(1)结构原理
    电池储存电能,电能以直流电的方式从电池输出,经过电源变换器传至电动机。直流电动机有有刷直流电动机和无刷直流电动机之分,有刷直流电动机因维护不方便被无刷直流电动机取代,无刷直流电动机已成为入门级电动汽车所使用的最为普遍的电动机类型。之所以说它是入门级电动机的首选是因为这种电动机自身还存在一些弊端,这些蜘5会阻碍它在电动汽车行业里的持续应用。
    在技术特性上,无刷直流电动机可分为具有直流电动机特性的无刷直流电动机以及具有交流电动机特性的无刷直流电动机。这里我们所讨论的范畴仅限于具有直流电动机特性的无刷直流电动机。
    根据电动汽车对电动机的技术要求,直流电动机能够满足电动汽车运行的基本需求,另外,无刷直流电动机也不需要用户在用车期间去考虑它的维护问题,图6所示为六槽无刷永磁电动机结构示意图。

    直流电动机的转速范围不算宽泛,而且最高转速仅为6000r/min左右,这样的转速属性很难满足电动汽车的工况需求,所以,有些厂商通过为其匹配二级减速器或具备传动比范围的CVT变速器来弥补直流电动机在转速方面的欠缺。显然,这样的技术结构在空间布置以及重量控制方面对整车的设计都有不利的影响。当然,也可以只为电动机匹配一个单级减速器,但车辆的动力性能以及最高车速都会受到影响。
(2)与交流永磁电动机的对比
    ①设让上的区别
    很多初学者容易将直流永磁电动机和交流永磁电动机混淆,下面加以对比。二者用的材料大体都一样,主要是设计上的不同。一般无刷直流电动机设计的时候,气隙磁场是方波的(梯形波),而且平顶的部分越平越好,因此在极对数选择上一般选取整数槽集中绕组,例如4极12槽,并且磁钢一般是同心的扇形环,径向充磁。无刷直流电动机一般装霍尔位置传感器来检测位置和速度,驱动方式一般是六步方波驱动,用于位置识别要求不高的场合。而永磁同步电动机是正弦波气隙,越正弦越好,因此极对数上选择分数槽绕组,如4极15槽、10极12槽等。磁钢一般是面包形,平行充磁,传感器一般配置增量型编码器:旋转变压器、绝对编码器等。驱动方式一般采用正弦波驱动,如FOC算法等,用于伺服场合。
      无刷直流电动机的转子磁极采用瓦型磁钢,经过磁路设计,可以获得梯形波的气隙磁密,定子绕组多采用集中整距绕组,因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电动机的控制需要位置信息反馈,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术,构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波,逆变器输出电压按照有刷直流电动机PWM(脉宽调制)的方法进行控制即可。本质上,无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机,调速属于变压变频调速范畴。
      永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子,在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电动机控制系统常采用自控式,也需要位置反馈信息,可以采用矢量控制(磁场定向控制)或直接转矩控制的先进控制策略。综上所述,两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后纠正一个概念,“直流变频”实际上是交流变频,只不过因为控制对象,通常称之为“无刷直流电动机”。

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关键词:电动汽车

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