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电动汽车7种类型电机

学术研究2022.09.03
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用于电动汽车的电机有7种类型,分别是:有刷直流电机、无刷直流电机、永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机、同步磁阻电机和轴向磁通无铁心永磁电机。

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有刷直流电机是最简单的直流电机, 它利用电刷通过机械换向将电流传给电机绕组。电枢或转子是电磁体,磁场是永磁体。这种电机无需控制器来操作或改变速度,低速时能提供最大扭矩。缺点是结构笨重、效率低、电刷会生热并导致效率低下,热量在转子中心而难以消除。 因此,有刷直流电机已不再用于电动汽车。

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无刷直流电机带永磁体,因无换向器和电刷而被称为无刷。它采用电子换向,免维护,具有起动转矩大、效率高达95%-98%的牵引特性,适合高功率密度设计。 这种牵引特性使无刷直流电机在电动汽车中应用广泛,适用于最大功率60千瓦的小型汽车。缺点是恒功率范围有限、扭矩随速度增大而减小、永磁体导致成本高昂。丰田普锐斯就采用了无刷直流电机。

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永磁同步电机的转子上有永磁体,它具有高功率密度和高效率的牵引特性,可用于更高的额定功率,因而比其他电机昂贵。这种电机能在不同的速度范围内工作,无需齿轮系统。它高效紧凑,适合轮毂应用,低速时也具有高扭矩。缺点是在轮毂中高速运行时铁耗严重。目前永磁同步电机多用于混动和电动汽车,如雪佛兰Bolt、福特Focus、日产Leaf 和宝马i3。

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感应电机不像直流电机那样能在固定电压和固定频率下产生高起动转矩。但这可以利用各种控制方法来改变,如矢量控制或磁场定向控制。利用这些控制方法,可以在电机起动时获得满足牵引所需的最大扭矩。鼠笼式感应电机维修少、使用寿命长,设计效率可达92%-95%。缺点是需要复杂的逆变电路,电机控制困难。由于成本低,感应电机成为高性能电动汽车的首选。特斯拉Model S就是证明感应电机性能高的最好例子。丰田RAV4 和通用EV1 也使用了这种电机。

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开关磁阻电机是具有双重显著性的一类可变磁阻电机,结构简单坚固,转子是一块无绕组或永磁体的叠压钢片。这减少了转子惯性,有助于提高加速度。坚固性使这种电机适合高速应用,并能提供高功率密度。其缺点是控制复杂,增加开关电路还会带来噪声。同步磁阻电机是一种具有磁阻性质的同步电机,转矩由转子的交、直轴磁阻差异引起,无励磁绕组或永磁体。这种电机因结构简单坚固而在电动和混动汽车中日益流行。其优点是无转子损耗,能提供比同样大小的感应电机更高的永久转矩。

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轴向磁通无铁心永磁电机是当前最先进的电动汽车用电机。其外转子无槽,因而无需铁心。 它也无定子铁心,因而重量轻。气隙磁场的径向分量提供了更高的功率密度。这种电机的转子可装在车轮侧,定子绕组放在轴上。无槽设计令其铜损少,效率高,可用空间多。雷诺Coupe就采用了这种电机。

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来源:机工弗戈


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