电动车开关磁阻电机驱动系统的研究

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1、电动车开关磁阻电机驱动系统的研究ok3forElectricVehicles:StateoftheArt)电动车驱动电机种类繁多,按不同的方式有着不同的分类方法,其中一种分类方法如图1-1所示,下面分别介绍四种常用的电机:直流电机、感应电机、永磁电机和开关磁阻电机在电动车中应用的发展现状[9-11]。直流电机转矩-转速特性与电[1][2][3][4]下一页ok3,是优化控制电机驱动系统的前提。文献[140,141]给出了SRM综合的设计方法学,详细分析了电机相数、极数、内部尺寸、绕组匝数等对电机

2、性能的影响。文献[142]分析了电机相数与极数对SRM转矩脉动和噪音的影响,同时采用PC-SRD计算机程序对SRM磁链特性进行分析。文献[143,144]为电动车设计了一台高效率和高功率密度的SRM,采用有限元分析优化电机结构,提高功率密度,并对电机的峰值过载能力、恒功率操作范围、转矩脉动、噪音和温度性能进行测试。文献[145-147]研究了不同的软磁材料对SRM效率与最大转矩的影响,其中采用非晶态铁心材料的电机效率最高,采用含硅量高的硅钢片其次,采用含硅量低的硅钢片效率最低;但由于其饱和磁通密

3、度依次增大,电机最大转矩产生下一页ok3entsofElectricVehicles)2.2.1电动车理想驱动特性为了得到最优的车辆性能,车辆驱动系统应能提供一个驱动特性场,即所谓的供应特性场。驱动供应特性场受到三个极限条件的限制:(1)车轮与地面附着力的限制;(2)任一车速所能提供的最大功率的限制;(3)车辆最高转速的限制。由上述三个限制条件得出的车辆理想驱动特性场如图2-3所示。图2-4为电机转矩/功率-转速特性,在基速nb以下,为恒转矩区,转矩随着转速的增大保持不变;在基速nb以上,为恒功

4、率区,转矩随着转速的增大成反比例减小。其机械特性与图2-3所示的车辆理想的驱动特性场相似,因此电机作为车辆的驱动系统,可以采用固定减速比的传动方式,简化了机械传动装置。在设计电机驱动系统时,应尽可能使电机的机械特性涂满整个理想驱动特性场,从而提高电动车的动力性2.2.2电动车驱动电机需求特性与工业用电机不同,电动车用电机需要频繁启停,低速大转矩有利于起动和爬坡;宽的恒功率调速范围可以减少电机额定需求功率;四象限运行实现电动车制动能量回馈;适应震动、高温、粉尘等恶劣环境的能力;振动、噪音小,满足车

5、辆行驶时的舒适性。而工业用电机通常运行在额定工作点,电动车用电机与工业用电机的对比见表2-1。从表2-1可以看出,电动车用电机相比于工业用电机,在尺寸、工作环境、操作性能、可靠性、效率等方面都有特殊的要求,具体的需求特性总结如下[6,153]:1)高功率密度和高转矩密度:可以减小驱动电机体积和质量,满足电动车有限空间的约束和轻量化的要求;2)在较宽的工作转速和转矩范围内保持高效率:在现有电池技术瓶颈的情况下,可以提高电动车一次充电的续航里程;3)宽的恒功率调速范围:可以减少电机额定功率的需求,从

6、而减小电机体积和成本,同时,可满足低速起动和高速巡航的能力;4)过载能力强:4~5倍的过载能力,实现电动车起动和爬坡时的高动态性能;5)容错能力强:在各种恶劣环境和工况下,具有高的鲁棒性和可靠性,保证乘客的人身安全;6)低转矩脉动和噪音:提高加速的平滑性和驾驶的舒适性,减少对环境的噪音污染;7)低成本:电动车的普及以及与传统汽车的竞争,需要降低电机驱动系统的成本。开关磁阻电机结构简单、牢固;具有高的可靠性和鲁棒性;起动转矩大;宽的调速范围;在较宽的转速和转矩工作区内保持较高的效率;可以再生制动,

7、回收能量;相比于感应电机通常有较高的电负荷和较低的磁负荷,转下一页子上无绕组,因而转子无铜损,大部分损耗来自于定子有利于散热;相比于永磁电机,没有永磁体,成本低,没有去磁风险,能应用于恶劣环境中,因此很适用于电动车驱动系统。