驱动电机的种类
EV技研

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 感应电机(IM)

感应电机(Induction Motor)也叫异步电机。且不论EV,就是在电车中,感应电机也是最常用的电机。


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图1

图1 是笔者所在的公司为小型EV 试制的感应电机(最大功率为7.3kW,额定功率为3kW)。感应电机的最大特征是磁场中(在电机上产生磁场的定子部分)不使用永久磁铁,不会被稀土问题所左右。并且,因为没有永久磁铁,用于EV 时还没有“空驶拖曳现象”(铁损),空驶时的效率高。因为要输入3 相交流电,所以感应电机要与产生3 相交流电的逆变器(电力变换器)的电子电路部分配合使用。

感应电机没有永久磁铁,所以从原理上讲,电机旋转时不产生感应电压,容易控制驱动电流的波形。这可以说是优点。但是与后述的无刷电机相比,效率还是稍有不及。并且,与无刷电机相比,功率密度稍低,所以质量偏重。在工业和家电产品方面早已普及,可以说是成本最优的电机。在市售EV 中,美国特斯拉电机公司的特斯拉活动顶蓬轿车采用了这种形式的电机。


无刷电机(BLM)

包含前述的感应电机,这里介绍的4 种类型的电机中的3 种没有电刷,所以,哪一个都可以说是无刷电机的一种。但是,通常所说的“无刷电机”,是指采用永久磁铁的无刷直流电机(Brushless DCMotor)。尽管叫做直流电机,其实电机本身也是输入三相交流电而工作的,所以,可以归类于交流电机。

因为分类比较复杂,所以这里把这种电机简称为无刷电机(Brushless Motor,BLM)。输入到无刷电机的交流电,不是固定波形的工频电源,而是被称为逆变器的电力变换器生成的。

逆变器持续判断电机状态,同时从直流电源生成适当波形的三相交流电。逆变器上装有微处理器,用程序精确地控制波形的生成。

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图2


图2是笔者试制的小型EV 用无刷电机(额定功率为20kW )。无刷电机的磁场采用了永久磁铁,考虑到旋转中感应电压的影响(作为电机,在电动的同时也伴生发电),所以要求使用先进的控制技术。无刷电机的特点是效率高、控制性能优良,近来经常用于家电产品中。现在日本市售EV 几乎都是使用无刷电机的。

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图3

图3 是使用了无刷电机的试制EV(燃油汽车改装)。


开关磁阻电机(SRM)

还有一种类型的无刷电机—— 开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM), 简称SR 电机或SRM。

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图4


图4 是笔者所在的公司试制的开关磁阻电机(最大功率为4.3kW,额定功率约2kW)。开关磁阻电机的最大特征是,磁场不使用永久磁铁(与感应电机相同),转子使用铁磁材料,结构坚固,适合高速旋转。开关磁阻电机也没有永久磁铁,所以没有空转时的拖曳。然而,旋转脉动引起的振动噪声大、功率密度低(功率/ 质量)等课题有待解决。但是,开关磁阻电机能够以10000 ~ 20000r/min 的转速做超高速运转,这是其他类型的电机不可企及的,这个优点弥补了功率密度低的缺点。尽管开关磁阻电机也用于家电产品,但是一款驰誉海外的吸尘器使用了开关磁阻电机,据说因为噪声的问题,在最近的新产品中正以无刷电机替换(专栏E)。作为EV 用的开关磁阻电机尚未普及,估计它也不是今后期待的电机类型。

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图5

图5 是笔者所在的公司试制的采用开关磁阻电机的EV 比赛用卡丁车。对于这种比赛用卡丁车,噪声不是问题,而高速旋转的特点得到了发挥,因此接连创出好成绩。


有刷电机(BM)

万宝至马达出品的模型用微型电机,最为熟知的类型是有刷电机(Brushed DC Motor,BM)。可以说,汽车电器中95% 以上的电机都是这种类型。大多数场合不用电机驱动控制器(工作在ON—OFF状态),具有价格低廉的优点。但是,针对EV 应用场景,除此之外没有别的优点。特别是有刷电机的寿命是个问题(电刷和换向片的磨损),以及电刷磨粉的问题。有刷电机的最大缺点是难以做到免维护。对于再生功能,实际上很难做到有效利用电刷整流(切换电流的方向)。有刷电机在EV 领域的用途有限,但在面向老年人的“老年电动车”和“高尔夫卡丁车”等方面得到了广泛应用。对于部分比赛用卡丁车和改装电动车,因为得来容易,所以多有应用。

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图6

图6 是在笔者所在公司量产的通用驱动用有刷电机。如果有刷电机大型化,可以利用PWM 控制器完成速度控制或转速控制。



1

END

1




往期精彩











来自:交通运输 / 电动汽车
2
航模发烧友
2年5个月前
1楼

无刷电机应该还有分“有感无刷电机”和“无感无刷电机” 

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