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Industry News

詳解電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)與工業(yè)電機(jī)有什么區(qū)別?

更新時(shí)間:2024-05-13 瀏覽量:
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這個(gè)答案由 三相對(duì)稱(chēng)電流通過(guò)向dq坐標(biāo)軸上投影得到的Id、Iq與通過(guò)park變換得到的Id、Iq有什么區(qū)別和聯(lián)系么? - w浩森的回答 這個(gè)問(wèn)題延伸而來(lái),其中的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)部分我想在這個(gè)問(wèn)題下單獨(dú)詳細(xì)作答。因?yàn)檫@兩個(gè)話(huà)題的受眾不同。之前那個(gè)問(wèn)題主要針對(duì)于初學(xué)電機(jī)的學(xué)生,這個(gè)問(wèn)題可能更多的針對(duì)于工業(yè)從業(yè)者,電機(jī)設(shè)計(jì)師等等。
首先,先推薦一篇電動(dòng)汽車(chē)方面的經(jīng)典文獻(xiàn):Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document結(jié)合這篇文章,我詳細(xì)寫(xiě)一下電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)和普通工業(yè)電機(jī)的異同。

相同點(diǎn):
1. 都是電機(jī)看似廢話(huà)哈,我想說(shuō)的是,電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)也是電機(jī)的一種罷了,沒(méi)有什么特別的。分析方法逃不過(guò)普通的電磁分析方法,計(jì)算工具也都是有限元軟件,仿真求解器都是基于Transient Solver,電磁方程逃不過(guò)麥克斯韋方程組。沒(méi)什么大不了的,就是一種負(fù)載要求特殊的電機(jī)。
2. 分類(lèi)和控制都一樣電動(dòng)汽車(chē)也分感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)兩大類(lèi),控制理論和方法和工業(yè)電機(jī)沒(méi)有任何區(qū)別。

不同點(diǎn):
1. 嚴(yán)格的體積要求和重量要求因?yàn)槭擒?chē)載,所以這方面要求突出。普通工業(yè)電機(jī)對(duì)于體積尺寸和重量沒(méi)有這么嚴(yán)格的要求,因?yàn)楣I(yè)場(chǎng)地巨大,一般以滿(mǎn)足工業(yè)目標(biāo)為第一目的。電動(dòng)汽車(chē)不同,尺寸和重量決定了汽車(chē)的動(dòng)力性能和駕駛體驗(yàn),直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。所以,電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的難點(diǎn)就在于提高功率重量密度和功率體積密度。越小,越輕,功率越大的電機(jī),越好。
2. 獨(dú)特的轉(zhuǎn)矩特性啟動(dòng)或低速時(shí)要求超高轉(zhuǎn)矩,將汽車(chē)速度以最快的方式泵升至期望速度。一般工業(yè)電機(jī)并沒(méi)有這么高的啟動(dòng)速度要求。同時(shí),高速時(shí)需要提供足夠的功率,使得汽車(chē)可以高速巡航。
3. 寬調(diào)速范圍最高速度可能是電機(jī)基速的4倍甚至更高。目前電動(dòng)汽車(chē)最好的方案莫過(guò)于省去多檔變速箱,只使用固定檔的齒輪組。如此,則要求電機(jī)的調(diào)速范圍越寬越好。以特斯拉的Model S 基本款為例,電機(jī)最高RPM能達(dá)到18000轉(zhuǎn)/分鐘,相當(dāng)可怕。這對(duì)于電力電子調(diào)速器來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。
4. 全范圍效率要求電動(dòng)汽車(chē)不像電力機(jī)車(chē)由受電弓供電,電動(dòng)汽車(chē)由電池供電,巡航范圍完全取決于電機(jī)效率。電機(jī)效率每提高1%,巡航里程就可相應(yīng)增加1%。所以對(duì)于電機(jī)的效率要求很高。能高一點(diǎn),就是勝利,每一點(diǎn)能量都要優(yōu)化。
5. 其他至于噪音小,穩(wěn)定性高,散熱合理,性?xún)r(jià)比等等我就不提了,這些是基本要求。

技術(shù)細(xì)節(jié):
1. 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速 效率分布圖:

電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的效率分布圖最好能如下圖:

詳解電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)與工業(yè)電機(jī)有什么區(qū)別——西安西瑪電機(jī)(西安西瑪電機(jī)集團(tuán)股份有限公司)官方網(wǎng)站

(圖片來(lái)源:Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document)電動(dòng)汽車(chē)主要運(yùn)行在黃色區(qū)域,不會(huì)經(jīng)常啟動(dòng),也不會(huì)超高速持續(xù)運(yùn)行,更多的是在中間部分加速減速。所以對(duì)于效率范圍來(lái)說(shuō),最好能在黃色區(qū)域有較高的效率。相應(yīng)的,我們希望黃色的區(qū)域能夠朝著三個(gè)方向延伸,從而滿(mǎn)足最大能量利用率。

2. 調(diào)速曲線(xiàn):

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(圖片來(lái)源:Electrical Machines and Drives for Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles, by Z. Q. Zhu and David Howe, link: IEEE Xplore Document)和普通電機(jī)基本類(lèi)似,不同的是更為寬廣的恒功率區(qū)域;極速可達(dá)到基速的4倍。

3. 電機(jī)漏磁通越小越好!這一點(diǎn)和工業(yè)電機(jī)大不相同。這一點(diǎn)主要是針對(duì)感應(yīng)電機(jī)的。拿一般的和電網(wǎng)直連的工業(yè)感應(yīng)電機(jī)為例,轉(zhuǎn)子側(cè)的開(kāi)槽簡(jiǎn)直可以被稱(chēng)之為“花式開(kāi)槽”。有深槽,有雙槽,有斜槽。這些設(shè)計(jì)有些是為了改善啟動(dòng)特性,有的是為了折衷低速和高速的性能,有的是為了降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。可是這些花式開(kāi)槽都增加了漏磁通。電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)是由逆變器精確控制的,所以所有的啟動(dòng)特性統(tǒng)統(tǒng)和傳統(tǒng)電機(jī)不一樣。由于控制器可以控制啟動(dòng)時(shí)的頻率和幅值,所以不會(huì)有直連電網(wǎng)電機(jī)的那些缺點(diǎn)。這時(shí)候就要求漏磁通缺少越好,槽越淺越寬越好!同時(shí),適當(dāng)?shù)脑黾託庀秾挾?,降低高頻諧波分量的阻抗。如果條件允許,盡量使用銅鼠籠,不要使用鋁鼠籠(電阻大)。這些特點(diǎn)在特斯拉汽車(chē)的感應(yīng)電機(jī)上表現(xiàn)的淋漓盡致:

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4. 永磁電機(jī)永磁電機(jī)主要應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車(chē)?;靹?dòng)汽車(chē)上100%的電機(jī)都是永磁電機(jī)。完美的市場(chǎng)份額。為什么?因?yàn)轶w積小,質(zhì)量輕,功率密度高。永磁分為BLAC(無(wú)刷交流)和BLDC(無(wú)刷直流)兩種。兩種電機(jī)構(gòu)造基本相同,唯一區(qū)別在于控制的電流波形。BLAC是正弦波,BLDC是矩形波。相對(duì)來(lái)說(shuō),BLAC的性能略微好于BLDC,但是優(yōu)勢(shì)不太明顯。永磁電機(jī)以豐田汽車(chē)的Prius電機(jī)最為著名:

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整機(jī)的設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)到達(dá)了現(xiàn)階段電機(jī)設(shè)計(jì)的極限,堪稱(chēng)工藝品。其微調(diào)過(guò)后的永磁斜槽:
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以及堪稱(chēng)教科書(shū)式的效率分布圖:
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都是值得深入學(xué)習(xí)的典范。
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