
长春市铝单板厂家供应商价格优惠现货促销(纯电动汽车驱动电机结构组成)
发布时间:2023-05-11 11:58:27 人气:28 来源:铝单板厂家
燃油车时代“三大件”,即底盘、发动机、变速箱纯电动车时代“三电”成为新的关注点,但“三电”中,往往大家最关心的还是BOM成本占比最大的电池诸如电池包的容量、续航里程、三元锂还是磷酸铁锂这些信息对于电机,我们往往只需知道功率数值即可,对比燃油车上发动机的地位,电机的关注度可谓直线下降。
但其实就像燃油车时代,汽车发动机的气缸布局有直列、V型、水平对置的区别,不同的排布决定彼此不同的性能在纯电动汽车上,电机也分不同类型,不同的类型也决定彼此不同的性能比如我们最常听到的永磁同步电机和交流异步电机,它们都有什么不同呢?。
永磁同步电机是我们最常见的电机类型,下到几万块的宏光MINI EV,上到百万级别的保时捷taycan车上都能看到它的出现而交流异步电机应用的较少,且目前多搭载的四驱纯电动车的前轴上,为什么这么布置呢?我们先看下什么是电机?其实电机的诞生时间比内燃机和汽车都要早多了。
在德国人奥古斯特.奥托和卡尔.本茨相继发明第一台四冲程内燃机,以及第一辆汽车之前半个多世纪。
△法拉第1821年实验电机模型1821年,大名鼎鼎的法拉第就攒出了第一个实验电机的模型,并证明电可以做工,以及于1831年发现了电磁感应现象让我们来复习下初中物理:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应现象。
而基于电磁感应原理,尼古拉·特斯拉发明了又三相交流电,可以产生旋转的定子磁场,进而用旋转磁场的方法发明了交流感应电机。现在新能源汽车上的永磁同步电机和交流异步电机,在结构上就可以简单分为两块。
一个是固定的“定子”,一个是旋转的“转子”,两者的组合如上图在电机中,当定子通电即产生一个旋转磁场,旋转磁场将切割定子中的转子,从而使转子产生感应电流而产生感应电流的转子本身又在定子旋转磁场中将产生电磁力,进而在电机转轴上形成电磁转矩,从而把电能转换成机械能驱动电动机旋转。
这种通电导体(产生感应电流的转子)在磁场中受力运动的过程中也就是电机的工作原理这也基本就是交流异步电机工作原理,即交流异步电机的转子缠绕有大量绕组线圈,产生感应电流进而在磁场中旋转所以交流异步电机又被称为交流感应电机。
△交流异步电机另外交流感应电机为啥还称交流异步电机?是因为线圈绕组的转子和定子的旋转磁场始终存在速度差因为两者转速相同后,就不存在转子切割磁感线运动了,那么也就没有感应电流存在了,没有感应电流转子就没了感应磁场,那就转子就不转了。
但是,转子一停,切割磁感线运动又出现了,转子的运动和定子旋转磁场总是差上一步,所以才叫“异步电机”。永磁同步电机的不同在于,永磁同步电机的转子本身就是永磁体。
它本身已产生固定方向的磁场,所以只要定子通电后,定子的旋转磁场就能一直带着转子旋转,两者一直是保持同步转速,这也是为什么称之为“永磁同步”而因为转子和定子旋转磁场始终同步,永磁同步电机电机功率密度、扭矩密度、低速大扭矩输出的响应也都更好,也更易控制,因为只要控制定子的电流频率大小,即可控制转速。
相比起交流异步电机,永磁同步电机也省去中间的转子感应带电进而再产生磁场的过程,还提升了能量转化效率。交流感应电机的转子感应是通过在转子上线圈绕组产生的,线圈绕组其实会带来电阻损耗。
△永磁同步电机永磁同步电机转子是永磁体,也没有了线圈绕组也就没有了这部分损耗产生另外,永磁同步电机采用永磁体转子,而非线圈绕组感应转子,一般体积也比较小,再加上能量转化效率高在续航表现上的优势所以从目前应用上永磁同步电机占比非常高,从入门级到百万级都能看到它的身影。
根据高工产研锂电研究所的数据,永磁同步电机2021年的装车量占比高达94%。
那么永磁同步电机这么好?交流异步电机的优势是什么?可以说,永磁同步电机的劣势,就是交流异步电机的优势首先永磁同步电机中的永磁体需要用到钕铁硼(NdFeB)等稀土原料,虽然中国拥有全球70%以上的易开采稀土资源,但稀土的价格依旧是比较贵的。
这也是为什么一直在降本的特斯拉,宣称下一代电机将完全不使用稀土材料。而在永磁同步电机中,永磁体要占整个电机成本的一半左右,相比之下用不到永磁体做转子的交流异步电机成本就低很多。
此外,永磁同步电机还存在一个问题,高速状态下电机需要进行弱磁控制,也就是生成一个逆向磁场来削弱永磁体的磁场,这会降低电机高速效率而交流异步电机,转子磁场是感应产生的,所以减少电流输入即可另外,永磁体还易受高温影响,因为高温会不可逆的消磁。
所以在电机高转速、高负载情况下,永磁同步电机相比交流异步电机就没了优势了这是正是为什么多数只采用永磁同步电机的纯电动车,极速性能往往限制在180km/h左右保时捷taycan虽然采用前后永磁同步电机,极速也超过200km/h,但其是通过一台放置于后轴的2挡变速箱来解这个问题。
而类似于蔚来ET5、7,特斯拉Model 3等四驱版本,电机通常则是后永磁同步+前交流异步电机的方案这种方案既能保证低速状态下的动力响应、能耗等,也能保证高速性能除了永磁同步电机和交流异步电机,现在还有一些厂家使用励磁电机,这又有什么不同?。
其实励磁电机的核心是用电励磁线圈代替了永磁铁,和交流异步电机中感应带电的转子线圈绕组而通过直接调整线圈的电流就可以改变磁场强度,相当于功率输出与励磁电流直接相关,根据运行工况提供合适的励磁即可励磁电机对于电机功率输出控制也更为线性,低速性能优异,高转速下也可以做到稳定、持续的功率以及扭矩输出。
△励磁电机结构此前体验过搭载励磁电机的纯电动车,确实高速状态下依旧也能感受到非常充沛的动力输出,让人快感不减不过,励磁电机听起来似乎比永磁同步电机和交流异步电机都要好但励磁电机需要一个滑环碳刷装置将励磁电流引入,也就是电刷,这一装置又会磨损产生粉尘对电机有影响。
而目前用励磁电机的有日产和宝马,即日产艾睿亚和宝马i3、i4产品上宝马 iX M60是最早应用这一技术的,搭载前后双励磁同步电机的BMW iX M60最高时速250公里/小时,运动模式下峰值扭矩可以达到1015牛·米。
此前宝马也宣称其励磁电机采用耐磨电刷,为自研的加工技术与石墨复合材料打造有更久的寿命,但实际如何也要看最终表现。
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