1 驅動(dòng)電機的作用

 

驅動(dòng)電機、電控系統、動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的核心部分，稱(chēng)為“三電”。在電動(dòng)汽車(chē)上，驅動(dòng)電機替代了傳統汽車(chē)上的發(fā)動(dòng)機和發(fā)電機，傳統汽車(chē)通常是把化學(xué)能轉換為機械能驅動(dòng)車(chē)輛行駛，而驅動(dòng)電機既可以將電能轉換為機械能驅動(dòng)汽車(chē)行駛，也可以作為發(fā)電機將機械能轉換為電能，并存儲在動(dòng)力電池內。

 

電機控制器將動(dòng)力電池的高壓直流電變換為驅動(dòng)電機的高壓三相交流電，使驅動(dòng)電機產(chǎn)生力矩，并通過(guò)傳動(dòng)裝置將驅動(dòng)電機的旋轉運動(dòng)傳遞給車(chē)輪，驅動(dòng)汽車(chē)行駛。圖1所示為驅動(dòng)電機動(dòng)力傳輸圖。

 

圖1  驅動(dòng)電機動(dòng)力傳輸圖

 

驅動(dòng)電機不僅可以驅動(dòng)車(chē)輛行駛，而且可以進(jìn)行制動(dòng)能量回收。圖2所示為驅動(dòng)電機制動(dòng)能量回收示意圖。驅動(dòng)電機在制動(dòng)、緩慢減速時(shí)，整車(chē)控制器發(fā)出相應指令，使驅動(dòng)電機轉換為發(fā)電機發(fā)電工況，此時(shí)驅動(dòng)電機會(huì )將車(chē)輛動(dòng)能轉換為電能，通過(guò)電機控制器以電能的形式向動(dòng)力電池充電。

 

圖2  驅動(dòng)電機能量回收圖

 

2 驅動(dòng)電機的特點(diǎn)

 

1、體積小、功率密度大

 

由于新能源汽車(chē)的整車(chē)空間有限，因此要求驅動(dòng)電機的結構緊湊、尺寸小，這就意味著(zhù)驅動(dòng)電機和電機控制器的尺寸將受到很大的限制，必須縮小驅動(dòng)電機的體積，提高電機的功率密度和轉矩密度。因此一般選用高功率密度的永磁同步電機作為驅動(dòng)電機。

 

2、效率高、高效區廣、重量輕

 

新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機的第二個(gè)特點(diǎn)就是效率要高、高效區要廣、重量要輕。由于當前充電樁尚未廣泛普及，續駛里程短一直是新能源汽車(chē)的短板，提升續駛里程的方法有：

 

① 提升驅動(dòng)電機的效率。

② 驅動(dòng)電機的高效工況區要足夠廣，保證汽車(chē)在大部分工況下都處于高效狀態(tài)。

③ 減輕驅動(dòng)電機重量，間接降低整車(chē)功耗，提升續駛里程。

 

3、安全性與舒適性

 

新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機還需關(guān)注電機自身的安全性和舒適性。

 

安全性：即電機的可靠性，電機在惡劣環(huán)境下可以正常工作。

舒適性：即電機在運行時(shí)不會(huì )使駕駛人產(chǎn)生體驗上的不適感，應關(guān)注電機運行時(shí)的振動(dòng)和噪聲情況。

 

3 驅動(dòng)電機的組成

 

驅動(dòng)電機組件主要由永磁同步電機、旋轉變壓器、溫度傳感器、冷卻循環(huán)水道和殼體等組成。驅動(dòng)電機是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機械能和電能相互轉換的電磁裝置，是驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行駛的動(dòng)力裝置，是動(dòng)力總成的核心部件，承擔著(zhù)電能轉化和充電的雙重功能。

 

1、永磁同步電機

 

北汽 EV160 驅動(dòng)電機如圖3所示。EV160 選用的是永磁同步電機。該電機具有效率高、體積小、重量輕及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。永磁同步電機是電驅系統的重要執行機構，是電能與機械能轉化的部件，依靠?jì)戎脗鞲衅鱽?lái)提供電機的工作信息，并將這些信息發(fā)送給電機控制器。

 

圖3  北汽 EV160 驅動(dòng)電機

 

北汽 EV160 永磁同步電機具有電動(dòng)機和發(fā)電機的雙重功能。電動(dòng)機工作原理是電機控制器分別控制 U 相、V 相和 W 相繞組，或者相鄰繞組的通電、斷電，在相應的繞組或相鄰的繞組中產(chǎn)生磁場(chǎng)，永磁轉子在磁場(chǎng)的作用下同步旋轉，如圖4所示。車(chē)輛減速時(shí)，永磁同步電機起到發(fā)電機的作用。交流發(fā)電機的工作原理是車(chē)輛減速時(shí)，驅動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)裝置反拖永磁同步電機轉子運轉，旋轉的永久轉子磁場(chǎng)，分別切割 U、V、W 三相定子繞組，產(chǎn)生三相交流電，如圖5所示。

 

圖4  永磁同步電機電動(dòng)機工作原理

 

 

圖5  永磁同步電機發(fā)電機工作原理

 

2、旋轉變壓器

 

旋轉變壓器如圖6所示，它是一種能轉動(dòng)的變壓器，主要由旋轉變壓器轉子與定子組成。這種變壓器的一次、二次繞組分別放置在定、轉子上。一次、二次繞組之間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關(guān)，因此轉子繞組的輸出電壓與轉子的轉角有關(guān)。

 

圖6  旋轉變壓器

 

旋轉變壓器可分為正余弦旋轉變壓器、線(xiàn)型旋轉變壓器和比例式旋轉變壓器。北汽EV160 采用的是正余弦旋轉變壓器，主要用以檢測電機轉子位置，并把其檢測結果傳輸給電機控制器，經(jīng)解碼可獲知電機轉速。

 

當旋轉變壓器勵磁繞組以一定的交流電壓勵磁時(shí)，輸出繞組的電壓值與轉子轉角成正弦、余弦函數關(guān)系。

 

3、溫度傳感器

 

溫度傳感器用以檢測驅動(dòng)電機的溫度，電機控制器用它的信號保護驅動(dòng)電機，避免過(guò)熱。北汽 EV160 采用的是 PT1000 溫度傳感器——鉑電阻溫度傳感器。金屬鉑（Pt）的電阻會(huì )隨著(zhù)溫度變化而變化，并且具有良好的重現性和穩定性，利用鉑的這種物理特性制成的溫度傳感器稱(chēng)為鉑電阻溫度傳感器。PT1000 表示在 0℃時(shí)，其電阻為 1000Ω。

 

4 驅動(dòng)電機的工作原理

 

動(dòng)力電池的直流電經(jīng)過(guò)高壓配電箱，通過(guò)電機控制器中的 DC/AC 變換器將直流電逆變成交流電，提供給永磁同步電機，進(jìn)而永磁同步電機驅動(dòng)汽車(chē)行駛。

 

當車(chē)輛滑行或制動(dòng)時(shí)，電機控制器控制驅動(dòng)電機使其處于發(fā)電狀態(tài)，驅動(dòng)電機利用車(chē)輛動(dòng)能發(fā)電，通過(guò)電機控制器中的 AC/DC 變換器將三相交流電整流成直流電，回收能量存入動(dòng)力電池。

 

為避免驅動(dòng)電機在工作過(guò)程中溫度過(guò)高，電機冷卻循環(huán)水管中的冷卻液可將多余的熱量帶走，使其保持在正常的工作溫度范圍內。

 

 

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