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混合动力电动代步车用Halbach永磁同步电机设计

混合动力电动代步车用Halbach永磁同步电机设计
混合动力电动代步车用Halbach永磁同步电机设计

爪极永磁同步电机的设计特点

爪极永磁同步电机的设计特点 李开成张健梅(华中理工大学武汉430074) 【摘要】介绍爪极永磁同步电机转子的结构及设计特点,并说明了一些主要结构尺寸间的关系。 【叙词】永磁电机同步电机设计 1引言 爪极永磁同步电机的永久磁铁形状简单,极间漏磁大,磁铁过载能力强,机械强度高,普遍用于变流机和变频机,发电机的制造容量自数百瓦到数千瓦。当频率在1000Hz以内时,制造容量可达数十千伏安。这种电机由于转子采用爪极结构,而爪极的形状又可多种多样,因此,较普通永磁同步电机计算复杂。这种电机的分析和设计,在国内外文献中介绍较少。本文介绍爪极永磁同步电机的设计特点及爪极转子的设计。 2爪极式转子的结构及其特点

爪极式转子通常由两个带爪的法兰盘和一个圆环形永久磁铁组成,如图1所示。图la和c为左右两个带爪子的法兰盘,二者爪数相等,且等于极数的1/2。图lb为圆环形磁铁沿转子轴向充磁。图ld为装配图,左右为两个法兰盘对合,二者爪子互相错开,沿圆周均匀分布。圆环形永久磁铁夹在两个带爪法兰盘中间,使一个法兰盘上的爪子皆为N极性,另一个法兰盘上的爪子皆为S极性,形成如图le所示的多极转子结构。显然,法兰盘上的爪子起了极靴的作用。 爪极永磁同步电机中,电机的全部磁通(P对极)轴向穿过圆环形磁铁,进入爪极,经气隙进入定子,爪极中的磁路如图2所示。 爪极通常由10号钢制成,或由钢板冲成,也可由粉末冶金直接压制成形。由于磁通轴向通过爪子,爪子的每一截面通过的磁通不相等,爪尖最少,爪根最多。爪子的截面积沿电机轴向是变化的,爪尖部分的面积最小,爪根部分最大。爪极的形状多种多样,有等宽爪极、梯形爪极,还有正弦爪极。图3为梯形爪极形状。

电动汽车驱动电机的设计与选型

电动汽车驱动电机的设计与选型 全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大,世界能源问题越来越突出,电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置。早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。 相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车,轮毂电机式电动汽车具有以下优点:动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制,以及各电动轮之间的差速要求,省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等;在电机所安装的位置同时可见,整车的结构变得简洁、紧凑,车身高降低,可利用空间大,传动效率高。容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。底盘结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底盘承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4WS),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。(说起来很轻松,但是如果真正实现起

来,上面那段话恐怕十年之内都没办法产业化,比如机电复合制动,比如制动能量回馈,原理不难,难的是在技术、成本、产业、供应商等等条件都成熟起来之后......)1.电动汽车基本参数参数确定1.1 该电动汽车基本参数要求,如下表:1.2 动力性指标如下: 最大车速X;在车速=60km/h时爬坡度5%(3度);在车速=40km/h时爬坡度12% (6.8度);原地起步至100km/h的加速时间;最大爬坡度(16度);0到75km/h加速时间;具备2~3倍过载能力。2.电机参数设计一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区,即电动机的额定功率;而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区(1~5min),即电动机的峰值功率。2.1 以最高车速确定电机额定功率根据虽高车速计算电机功率时,不考虑加速阻力和坡道阻力,电机功率应满足:式中:电机输出功率,kw;传动系效率,取0.9;最大车重,取1400kg;滚动摩擦系数,取0.014;风阻系数,取0.33;迎风面积,取2.50㎡;最高车速,取100km/h。根据(1)(2)式,可以计算出满足最高车速时,电机输出额定功率为21.023kw[3]。2.2 根据要求车速的爬坡度计算 根据公式(4),其中在车速=60km/h时爬坡度5%可得:根据公式(4),其中在车速=40km/h时爬坡度12%可得: 根据(4)式,可以计算出满足车速为60km/h时,爬坡度为

电动汽车驱动电机匹配设计.

电动汽车驱动电机匹配设计 目录 1 概述 (1) 2 世界电动汽车发展史 (2) 3 电驱动系统的基本要求 (5) 3.1电驱动系统结构 (5) 3.2电机的基本性能要求 (6) 4 电动汽车基本参数参数确定 (7) 4.1电动汽车基本参数要求 (7) 4.2 动力性指标 (7) 5 电机参数设计 (7) 5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7) 5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8) 5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9) 5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9) 5.5 电机额定转速和转速的选择 (9) 6 传动系最大传动比的设计 (10) 7 电机的种类与性能分析 (11) 7.1 直流电动机 (11) 7.2交流三相感应电动机 (11)

7.3 永磁无刷直流电动机 (11) 7.4 开关磁阻电动机 (12) 8 电机的选择 (13) 9 电机其他选择与设计 (15) 9.1 电机形状位置设计 (15) 9.2 电机冷却设计 (15) 10 总结与展望 (17) 10.1 总结 (17) 10.2 问题与展望 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 1.概述 汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时,又展现出了其双刃剑的另一面,它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中,能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在,更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源,而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。 电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车,它主要以动力电池组为车载能量源,是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同,一般将电动汽车划分为纯电动汽车(Pure Electric Vehicle,PEV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)、插电式混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)和燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV)4种基本类型。 自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始,电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段,其中的决定因素就是动力电池技术和人们

异步起动永磁同步电机设计

Ansoft EM专题讨论(三)——异步启动永磁同步电机设计最近有感于论坛Ansoft版区学习的氛围越来越好了,这与各位版主的努力都是分不开的。看到前面两个专题中,我们的超版和技术精英们都做了很多工作,本着向大家学习的原则,我也来凑个热闹 本人在读研期间曾经涉猎过这种电机的设计与仿真,下面就把我很久以前做的一个练习分享给大家。做的不一定对,希望大家多多批评指正!这也是和大家学习的过程,望各位不吝赐教 其实,这种电机在实际设计过程中需要注意的问题还是很多的。很遗憾在校期间没能彻底解决这个领域的一些问题。这里也希望大家广泛针对该类电机的设计进行讨论和交流,向大家学习了! 下面先给出电机结构示意图 电机为典型的4极36槽结构,绕组为单层交叉,Y接形式,内置径向W型永磁体,采用冲片类型为DW315-50。具体的其他的电机参数将在RMxprt设计中给出区别于前面两位版主的纯V11仿真,该算例采用了Ansoft RMxprt V5.0版本与Maxwell V11.1版进行了简易的联合2D仿真。对新人而言,V5.0的界面更加人性化和易于上手,推荐新同学使用。 运用Ansoft RMxprt V5.0进行基本的电磁设计,输入相应电机参数反复调试运行。下面给出本例的参数设置

基本参数 定子内外径和槽形尺寸

转子内外径和磁钢设计

转子槽形和端环设计 以上需要补充说明的是Ansoft RMxprt V5.0的材料设置问题和绕组编辑问题 就材料设置而言,大家可以利用软件自带的.h-b文件自行添加所需要的硅钢片材料,主要是需要查找一些手册来添加磁化曲线和损耗曲线,用记事本的格式进行编辑添加,放在指定的文件夹中,即可在设计中引用,图例DW315-50的.h-b文件,要对应操作窗口的各项参数进行添加,方可正确使用

纯电动汽车的电机驱动电流控制

纯电动汽车的电机驱动电流控制 在纯电动汽车的电机驱动控制系统中,电机驱动控制一般采用脉冲宽度调节控制(PWM)。而电机驱动控制输出电流来控制电机转速,从而调节电动汽车的速度。这不仅 仅和输入电压有关系,而且还和系统负载有关系,所以,采用闭环PWM方法是非常有必 要的。 电流PWM方法采用闭环控制算法,根据传感器中电流的反馈信息,对逆变器进行PWM控制。在使用电流PWM方法时,需要将传感器测量的三相电流与系统外环控制器产 生的3个参考电流信号进行比较。根据测量信号和参考信号之间的误差,PWM算法输出相应的选通信号。基于电流控的PWM方法也有很多,其中既有比较简单的,也有非常复杂的。 这些方法包括滞环电流控制法、斜坡交截控制法以及预测电流控制法等。预测电流控 制法是比较复杂的,它根据负载来进行电流预测。下面将简要介绍两种相对简单的电流控 制方法,滞环电流控制法和斜坡交截控制法。 滞环电流控制法 在滞环电流控制法中,测量电流和参考电流之间的误差与滞环带进行比较,滞环带如 图8-32a所示。如果电流误差在滞环带内,则PWM输出保持不变。如果电流误差超出了 滞环带,PWM会输出一个反向的作用,以di/dt的梯度变化。从数学的角度来讲,PWM的 输出可以表示为 如果PWM输出信号为“0”,指的是断开控制相的电压源,使电流衰减;如果PWM输 出信号为“1”,指的是闭合控制相的电压源,使电流变大。电压会强制电流这样变化,使其 保持在滞环内。 这种控制方法的优点是电流误差始终保持在一定的带宽内,这个带宽也是用户事先知 道的。在滞环电流控制方法中,开关频率是不知道的,这样就会使得设计滤波器变得比较 困难。对开关频率应该仔细进行监测,以免超出逆变器的极限。在实际使用时,通常会设 定开关频率的上限,以免超出逆变器开关频率的最大极限。滞环的带宽通常是根据功率器 件的开关频率来设计的。如果滞环带宽选得非常窄,那么开关频率就需要非常高,同时不 能超出功率器件的最大开关频率。另一方面,如果带宽比较宽的话,电流误差将会非常大。 滞环电流控制法可以应用于三相PWM逆变器,每一相都有一个PWM控制器。如果 实际电流比参考电流高出滞环带宽的一半,桥式逆变器的低压端将会闭合,以减小相电流。三相滞环控制也有一个难点,根据滞环控制,对各相开关状态的要求可能会有冲突。当考 虑三相系统滞环控制与各相独立的滞环控制之间的相互关系时,难度就更大了。这个难点 造成的结果是电流可能无法保持在滞环带宽内。 例如,有一个指令需要a相电流增加,需要使用b相或者c相的低压端作为回路,而 如果恰在此时b相或者c相的高压端正在闭合,这样a相电流就无法跟随指令使电流增加。

论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制

论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制 摘要:本文主要对论纯电动客车驱动电机冷却系统匹配及控制进一步分析了解。新能源汽车产业作为我国汽车工业的发展战略,能够有效地解决日益严峻的能源 危机与环境污染问题。 关键词:纯电动客车;驱动电机;冷却系统;控制;现状 引言: 纯电动客车因具有零排放、低噪音等突出特点也成为各大客车生产商着重发 展的车型。纯电动客车驱动电机作为汽车唯一的动力源,其可靠性直接影响着电 动汽车的性能。为了防止由于温度过高的原因使得电机永磁体产生退磁现象,甚 至影响到电机及其控制器的寿命和整车安全性,驱动电机及其控制系统的温度控 制显得尤为重要。因此,对纯电动客车驱动电机冷却系统进行合理的匹配并制定 科学有效的控制策略具有重要工程实际意义。 一、纯电动客车发展现状 随着国家对新能源汽车产业的大力推广,补贴优惠政策相继出台,推动了我 国纯电动汽车行业的发展,各大汽车企业纷纷制定新能源汽车发展规划,电动汽 车产品产销量逐年稳步提升,纯电动客车现已成为我国城市公交、中短途客运、 观光旅游等众多领域备受关注的新兴产品。 纯电动汽车所使用的驱动电机主要可分为:直流电机、异步电机、永磁同步 电机、开关磁阻电机。早期电动汽车大多采用直流电机作为能量转换装置,直流 电机具有控制容易、调速方便、技术较为成熟等优点,但是机械结构较为复杂, 其瞬时过载能力较差,长时间工作损耗较大,维护成本高,运转时电刷易使转子 产热,并产生高频电磁干扰。异步电机主要由定子、转子、端盖、轴承基座风扇 等几部分组成。相对于永磁同步电机其突出优点是成本低、制造简单、转速范围广、可靠性强、维修方便。但由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转 差关系,其调速性能较差。开关磁阻电机作为一种新型驱动电机,其结构简单、 转速范围广、整个转速范围内效率高、系统可靠性高、兼有直流、交流两种电机 的优点。其缺点是存在转矩脉动,转子上的转矩有一系列脉冲转矩的叠加,因双 凸极结构和磁路饱和非线性影响,合成转矩有一定的谐波分量,影响开关磁阻电 机的低速性能。永磁同步电机(PMSM)具有结构坚固、功率密度大、电机效率高、转矩密度高、控制精度高、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点。在新能 源汽车驱动方面具有很高的应用价值。其缺点是永磁体成本高、对温度敏感,在 温度较高时会产生不可逆的退磁现象影响其使用性能。 二、电动汽车驱动电机冷却系统简述 根据冷却系统所选用冷却介质不同,驱动电机的冷却形式可以分为风冷和液 冷两种方案。风冷可分为自然风冷和强迫风冷。液冷方案常用水、油等作为冷却液。由于纯电动客车驱动电机安装位置特殊,风冷不能满足其散热需求,目前普 遍采用液冷方式,包括油冷和水冷;冷却油的导热系数及热容量均小于水,且成 本较高。因此,纯电动客车驱动电机多采用冷却液冷却的形式。冷却液的主要成 分为:乙二醇、防腐蚀添加剂、抗泡沫添加剂、水。在电机机壳体中设计出水道 结构,通过冷却液在水道中的流动与机壳进行换热从而实现冷却功能。根据电机 水道布置方式的不同有以下四种结构方案:螺旋结构、半螺旋结构、圆周结构、 轴向结构。由于电动客车驱动电机散热环境的特殊性,电机的温度控制对冷却系 统有较高的要求。因此,结合电机布置方案和电动车行驶工况,设计有效的冷却

纯电动汽车驱动电机应用概述

纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院,福建 福州 350002) 摘 要:介绍了目前纯电动汽车的发展状况,叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词:纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号:TP202 文献标识码:A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words:Electric vehicle,Drive motor,Vector control,Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视,以及能源价格的不断上涨,使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下,今年以来,由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退,尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑,使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划,从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源,具有零排放无污染的突出优点,因此备受汽车界的推崇。在中国,政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史,连这次至少有四次,世界汽车工业界要启动纯电动汽车,但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础,由于他的比能量和比价格都比较差,所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展,使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池,锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍,且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力,并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一,由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作,对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: (1)用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3~4倍)、加速性能好,使用寿命长的特点。 (2)电动汽车用电动机调速范围应该宽广,包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩,来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求;高速时能够输出恒定功率,能有较大的调速范围,以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。

电动汽车电动机设计与选择结课论文

电动汽车 电动汽车 电动汽车电机选择与设计 学院:机械与车辆学院指导教师: 宋长森 专业: 08车辆工程时间:2011.5.23-27 姓名:何蔚明学号:080403021023 中国·珠海

电动汽车电机选择与设计 何蔚明 080403021023 (北京理工大学珠海学院机械与车辆工程学院,广东珠海) 摘要:介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能,选择不同性能的电机满足现状电动汽车的性能、结构需要,并对电动汽车的动力驱动——轮毂电机、以及涉及动力模块上结构、功能上的设计。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机 概述 全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大,世界能源问题越来越突出,电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置,由于传统汽车的技术成熟,人们对汽车的性能要求已经达到一个比较高的程度。在对于电动汽车普及方面上,这是一个很大的障碍。但是,新能源汽车的开发发展是必然的,应当冲破旧思想的束缚,大胆创新,将电动汽车的优势充分体现是如今比较重要的一步。 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车,轮毂电机式电动汽车具有以下优点: (1)动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制,以及各电动轮之间的差速要求,省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等;在电机所安装的位置同时可见,整车的

结构变得简洁、紧凑,车身高降低,可利用空间大,传动效率高。 (2)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (3)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (4)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导人线控四轮转向技术(4WS),实现车辆转向行驶高性能化,可有效减小转向半径,甚至实现零转向半径,大大增加了转向灵便性。 1.电动汽车基本参数参数确定 1.1 该电动汽车基本参数要求,如下表: 参数 数值 参数 数值 整车正装质量(kg ) 1200 滚动阻力系数f 0.014 最大总质量(kg ) 1400 轮胎半径(m ) 0.33 迎风面积(㎡) 2.50 传动效率 0.90 风阻系数 0.33 最高车速(km/h ) 100 最大爬坡度(%) 28 1.2 动力性指标如下: (1)最大车速m ax 100a u km ≥; (2)在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%(3度); (3)在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12% (6.8度); (4)原地起步至100km/h 的加速时间35t s ≤; (5)最大爬坡度max 28%i ≥(16度);

电动汽车电机控制器原理

电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义,电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1 汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心,它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能,逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表,当发生制动或者加速行为时,控制器控制变频器频率的升降,从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式,控制技术简单、成熟、成本低,但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频调速方式实现电机调速,采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。

3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统,其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频调速方式实现电机调速;梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定,因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机,交流永磁电机采用稀土永磁体励磁,与感应电机相比不需要励磁电路,具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率:在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率:在规定的持续时间内,电机允许的最大输出功率。 3、额定转速:额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速:相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩:电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩:电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率:电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读: WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析

调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比,永磁同步电动机具有结构简单,运行稳定;功率 密度大;损耗小,效率高;电机形状和尺寸灵活多变等显著优点,因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降,越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代,变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计,并对电机进行了性能和参数的计算,然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型,并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下: 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据:

纯电动汽车的驱动电机系统详解

纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一,是车辆行驶的主要驱动系统,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接,如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令,实时调节驱动电机的扭矩输出,以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测,并把相关信息传递给整车控制器VCU,进而调节水泵和冷却风扇工作,使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数,如表1所示,驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2),具有效率高、体积小、可靠性高等优点,是动力系统的执行机构,是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息,并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置,经过电机控制器内旋变解码器解码后,电机控制器可获知电机当前转子位置,从而控制相应的IGBT功率管导通,按顺序给定子三个线圈通电,驱

动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度,并提信息供给MCU,再由MCU通过CAN线传给VCU,进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作,调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口,如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示,电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示,它内部采用三相两电平电压源型逆变器,是驱动电机系统的控制核心,称为智能功率模块,它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路,当电机出现异常时,达到一定条件后,它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器,同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测,根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流,包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压,包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度,包括IGBT模块的温度。驱动电

电动汽车电机选择与及设计

电动汽车 电动汽车电机选择与设计 学院:机械与车辆学院指导教师: : : : 摘要: 介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势,比较了各种电动汽车用电机的基本性能,选择不同性能的电机满足现状电动汽车的性能、结构需要,并对电动汽车的动力驱动——轮毂电机、以及涉及动力模块上结构、功能上的设计。 关键词:电动汽车;驱动系统;轮毂电机

概述 全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大,世界能源问题越来越突出,电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置,由于传统汽车的技术成熟,人们对汽车的性能要求已经达到一个比较高的程度。在对于电动汽车普及方面上,这是一个很大的障碍。但是,新能源汽车的开发发展是必然的,应当冲破旧思想的束缚,大胆创新,将电动汽车的优势充分体现是如今比较重要的一步。 早在20世纪50年代初,美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车,轮毂电机式电动汽车具有以下优点: (1)动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制,以及各电动轮之间的差速要求,省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等;在电机所安装的位置同时可见,整车的结构变得简洁、紧凑,车身高降低,可利用空间大,传动效率高。 (2)容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。 (3)底架结构大为简化,使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离,则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化,从而缩短新车型的开发周期,降低开发成本。 (4)若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导人线控四轮

北汽新能源纯电动汽车驱动电机控制系统故障维修

近年来,在我国作为技术的纯的研发与应用取得了突破性发展。这就客观要求行业提升维修 水平,升级故障维修手段,利用有效的电子诊断技术提升效率。本文以北汽纯的具体故障作 为切入点,通过故障分析及其排除过程,对关键技术进行相应的探究。 一、故障现象 一辆北汽生产的EV 160新能源纯,整车型号为:BJ7000B3D5-BEV,电机型号为: TZ20S02,电池型号为:29/135/220-80Ah,电池工作电压为320V。该车行驶里程为0.56万km,出现无法行驶且仪表报警灯常亮、报警音鸣叫的故障;故障发生时电机有沉闷的“咔、咔”声。 二、系统重要作用及其结构原理 驱动电机系统由驱动电动机(DM)、驱动电机控制器(MCU)构成,通过高低压线束与 整车其它系统作电气连接。驱动电机系统是纯三大核心部件之一,是车辆行驶的主要执行机构,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。 1.驱动电机系统工作原理 在驱动电机系统中,驱动电机的输出动作主要是执行控制单元给出的命令,即控制器输出 命令。如图1所示,控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电,供 给配套的三相交流永磁同步电机使用。 整车控制器(VCU)根据驾驶员意图发出各种指令,电机控制器响应并反馈,实时调整驱 动电机输出,以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制 器另一个重要功能是通信和保护,实时进行状态和故障检测,保护驱动电机系统和整车安全 可靠运行。 电机控制器(MCU)由逆变器和控制器两部分组成。驱动电机控制器采用三相两电平电 压源型逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电电能逆变成三相交流电给汽车驱动电机 提供电源;控制器接受驱动电机和其它部件的信号反馈到仪表,当发生制动或者加速行为时,它能控制频率的升降,从而达到加速或减速的目的。 电机控制器是依靠内置旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等来提供电 机的工作状态信息,并将驱动电机运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心,又称智能功率模块,以绝缘栅双极型晶体管模块(IGBT)为核心,辅以驱动集成电路、主控集成电路,对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过 CAN2.0网络发送给整车控制器,同时也会储存故障码和数据。

maxwell软件- 三相同步电机设计

10 三相同步电机 本章我们将简化RMxprt 一些基本介绍,以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt 基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。 10.1 分析方法 三相凸极同步电机有发电机和电动机之分,两者的结构基本相同。三相同步发电机是工业、商业以及民用的主要电能来源,它将机械能转化为电能,其转子上装有由直流电励磁的多级绕组,定子上装有三相正弦分布绕组,转子旋转在气隙中产生旋转磁场。定子上感应出电压,频率为: 60pn f /= (10.1) 其中p 是极对数, n 是转子的机械转速,单位rpm ,又称为同步转速,电机可以根据负载需要来产生有功功率和无功功率。 通常采用频域矢量图来对电机进行分析,发电机和电动机的矢量图如图10.1所示。 a. 发电机 b. 电动机 图10.1 同步电机矢量图 图中R 1和X 1分别为电枢绕组电阻和漏电抗,X ad 和X aq 分别为d 轴电枢电抗和q 轴电枢电抗。相量图中X ad 是经过线性化处理的非线性参数。 以输入电压U 为参考相量,则电流相量为: ?-∠=I I (10.2) 设功率因数角为φ, 是电压相量U 与电流相量I 的夹角, 图中OM 所代表的相量可表示为 ???++-+++=motor for X X R generator for X X R OM aq 11aq 11)j j ()j j (I U I U (10.3) 设E 0与U 的夹角为θ,(对于发电机θ称为功率角,对于电动机θ,称为力矩角),则E 0与I 的夹角为 θ?ψ+= (10.4)

d 轴和q 轴电流可分别按下式求出 ??????=??????=ψψcos sin I I I q d I (10.5) 图中ON 相量代表由d 轴磁链所产生的d 轴反电势。由磁路空载特性曲线,可确定E 0,X ad 和励磁电流I f 1. 对于发电机: 输出电功率: ?cos UI 3P 2= (10.6) 输入功率(机械功率) : ex Cuf add Fe Cua fw 21P P P P P P P P ++++++= (10.7) 式中:P fw , P Cua ,P Fe ,P add ,P cuf 和P ex 分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、励磁绕组铜损和励磁机损耗 输入机械转矩: ω1 1P T = (10.8) 式中ω为同步角速度,单位:rad/s 2. 对于电动机: 输入电功率: ?cos UI 3P 1= (10.9) 输出机械功率: ()ex Cuf add Fe Cua fw 12P P P P P P P P +++++-= (10.10) 式中:P fw , P Cua ,P Fe ,P add ,P cuf 和P ex 分别为风摩损耗、电枢铜损、铁心损耗、附加损耗、 励磁绕组铜损和励磁机损耗 输出机械转矩: ω22P T = (10.11) 电机效率: %100P P 12?=η (10.12) 10.2 主要特点 10.2.1 适用于同步电动机和同步发电机 凸极同步电动机和发电机结构基本相同,相量关系和计算方法有些差别,输出性能数据也有所不同。故RMxprt 将同步电机分为两个设计模块:同步电动机和同步发电机。 10.2.2 三相绕组的自动排布 几乎所有常用的三相和单相,单层和双层,整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户不需要一个接一个的自己定义线圈。

高效永磁同步电动机设计技术研究

高效永磁同步电动机设计技术研究

目录 1、基本情况及背景介绍 (2) 2、高效永磁同步电动机关键技术的研究 (3) 2.1优化转子磁路结构,提高电机的可靠性 (3) 2.2永磁电机防退磁技术研究 (5) 2.3漏磁系数准确计算的研究 (7) 2.4稀土永磁材料的高温退磁特性及应用技术的研究 (10) 2.5稀土永磁材料的剩磁测试技术的研究 (14) 2.6电机的起动性能 (16) 2.7失步转矩倍数 (17) 2.8其它性能指标 (18)

1、基本情况及背景介绍 稀土永磁是一种高性能的功能材料,它的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积等优异磁性能特别适合于制造电机。用它制成的永磁同步电机,不需要用以产生磁场的无功励磁电流,可显著提高功率因数,减少定子电流和定子电阻损耗。在稳定运行时没有转子电阻损耗,使电机温升有较大裕度,从而可将风扇减小甚至不安装风扇,以减少风摩损耗提高电机效率。与普通的电励磁同步电动机相比,不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源,取消了容易出问题的集电环和电刷装置,成为无刷电机,运行可靠,又效率提高。因此,国内外都投入大量人力物力从事高效钕铁硼永磁电机的研制开发。 相对于异步电机,永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、功率密度高等优点,效率比同规格的感应异步电机高2~8%。我国稀土永磁资源储量占世界储量的80%,发展永磁电机具有得天独厚的优势。 早在1980年,我国有关高校及科研院所就开始从事高效永磁电动机的研制开发,先后研制开发出多种类型电动机的样机,技术水平参差不齐,还存在着转子磁路单一、永磁材料可能退磁、测试和制造工艺复杂等问题,性能价格比不够理想,价格偏高。 为了充分发挥钕铁硼永磁材料的优异磁性能,针对钕铁硼永磁电动机在磁、电、机、热等方面的特点,进行技术集成和创新,特别对转子磁路结构、钕铁硼永磁材料的热稳定性做了深入研究,并应用于产品开发过程,提高其效率、性价比,可靠性(主要指不退磁),扩大应用领域,为把稀土资源优势转化为经济优势作贡献。

电动汽车驱动电机匹配设计

电动汽车驱动电机匹配设计 学院名称: 汽车与交通工程学院 专 业: 汽车服务工程 班 级: 10东汽服1 学 号: 10801322 姓 名: 吴旭佳 指导老师: 蒋科军老师 二〇一三 年 十 月 JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科课程设计(论文)

目录 1 概述 (1) 2 世界电动汽车发展史 (2) 3 电驱动系统的基本要求 (5) 3.1电驱动系统结构 (5) 3.2电机的基本性能要求 (6) 4 电动汽车基本参数参数确定 (7) 4.1电动汽车基本参数要求 (7) 4.2 动力性指标 (7) 5 电机参数设计 (7) 5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7) 5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8) 5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9) 5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9) 5.5 电机额定转速和转速的选择 (9) 6 传动系最大传动比的设计 (10) 7 电机的种类与性能分析 (11) 7.1 直流电动机 (11) 7.2交流三相感应电动机 (11) 7.3 永磁无刷直流电动机 (11) 7.4 开关磁阻电动机 (12) 8 电机的选择 (13) 9 电机其他选择与设计 (15) 9.1 电机形状位置设计 (15)

9.2 电机冷却设计 (15) 10 总结与展望 (17) 10.1 总结 (17) 10.2 问题与展望 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19)

1.概述 汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时,又展现出了其双刃剑的另一面,它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中,能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在,更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源,而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。 电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车,它主要以动力电池组为车载能量源,是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同,一般将电动汽车划分为纯电动汽车(Pure Electric Vehicle,PEV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)、插电式混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)和燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV)4种基本类型。 自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始,电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段,其中的决定因素就是动力电池技术和人们对环境、能源的关注程度,但电动汽车自身具有的显著优点:可以实现低排放,甚至零排放行驶;采用电能作为驱动电源,能源来源途径广;行驶噪声小;容易实现Drive-by-wire(线控)思想;实现了制动能量回收,降低了摩擦制动器的使用强度和维修费用等决定了其必将成为新能源汽车技术发展的一个重要方向和21世纪的重要交通工具。 汽车作为一种运输工具,运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏,直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。电驱动系统是电动汽车的心脏,是电动汽车的唯一动力来源。电机的性能直接影响到整车的最高车速、加速性能及爬坡性能等。因此在新车开发阶段,必须进行驱动电机性能匹配,以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求 。

纯电动汽车设计方案

目录 一、汽车产品定位 (3) 二、汽车底盘布置形式 (4) 三、驱动电机的选择 (5) 四、蓄电池的选择 (8) 五、技术参数 (10) 六、成本分析 (11) 七、后记 (12) 一、汽车产品定位

二、汽车底盘布置形式 采用电动机前置前驱形式,变速驱动桥将变速器、主减速器和差速器安装在同一个外壳(常称为变速器壳)之内。这样可以有效地简化结构,减小体积,提高传动效率。而且取消了传动轴,可使汽车自重减轻。 电池组安装在前后两排座椅下。 三、驱动电机的选择 电动汽车电机是将电源电能转换为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮的汽车驱动装置,该电机与其他电机相比具有体积小、重量轻、效率高且高效区范围广、调速性能好等特点。 电动汽车用电动机在需要满足汽车行走的功能同时,还应满足行车时的舒适性、耐环境性、一次充电的续行里程等性能,该电机要求比普通工业用电动机更为严格的技术规范,还希望有如下功能: 体积小,重量轻。 减小有限的车载空间,特别是总质量的减小,在整个运行范围内高效率。 一次充电续行里程长,特别是行走方式频繁改变时,低负载运行时,也有较高的效率。 低速大转矩特性及宽范围内的恒功率特性。 综合上述原因考虑我们初步选定永磁无刷直流电机作为驱动电机。 无刷直流电机优点是: ①电机外特性好,非常符合电动车辆的负载特性,尤其是电机具有可贵的低速 大转矩特性,能够提供大的起动转矩,满足车辆的加速要求。

②速度范围宽,电机可以在低中高大速度范围内运行,而有刷电机由于受机械 换向的影响,电机只能在中低速下运行。

③电机效率高,尤其是在轻载车况下,电机仍能保持较高的效率,这对珍贵的 电池能量是很重要的。 ④过载能力强,这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上,满足车辆 的突起堵转需要。 ⑤再生制动效果好,因电机转子具有很高的永久磁场,在汽车下坡或制动时电 机可完全进入发电机状态,给电池充电,同时起到电制动作用,减轻机械刹 车负担。 ⑥电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。 ⑦电机无机械换向器,采用全封闭式结构,防止尘土进入电机内部,可靠性高。 ⑧电机控制系统比异步电机简单。缺点是电机本身比交流电机复杂,控制器比 有刷直流电机复杂。 永磁无刷直流电机的技术数据:

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