电动汽车用高功率密度电机关键技术

1 引言

目前,功率密度已然成为设计电机中的一个非常有地位的指标。高功率密度电机因其体积小、重量轻、效率高等特点越来越受到研究人员和生产厂家的关注。特别是在航空航天、潜艇、电动汽车等特别利用场所中，因为安置空间有限定,对电动秘密求体积更小、效力更高、重量更轻、效力更高,也便是请求机电有较高的功率密度。因为提升电机的功率密度,应该应用下面的选择:1适当提升电机电磁选择与选择超性能的电磁素材;2选择提升电机的额定速度,转速通常可以设置上万转;3上升电机的散热性能。

高功率密度电机因为他的高速高频性质体现,和老式电机进行开始时几乎无一点相似。这篇文章通过三方面对超性能密度电机来对其讨论,所得出他的特性和体现选择。高功率密度机电因为其高速高频的特征,与传统机电在运行特征方面有很大的分歧。连系电动汽车用笼型异步机电(以特斯拉电动汽车机电为例)和永磁同步机电两种高功率密度机电,本文别离从电磁计划、机器工艺和冷却体例三方面临高功率密度机电进行了阐发,给出了其特色和计划请求。

为电动汽车的驱动电动机供给电能，电动机将电源的电能转化为机械能

出现背景正如大家所熟知的那样，机动车在行驶时，轮胎与地面之间产生的能量至今为止还在白白地被浪费着。目前机动车的动力95%以上仍是必要靠油和蔼来完成的。油和气都是不可再生的能源，随着使用和依赖的加剧，枯萎现象日趋严重，而且会造成严重的环境污染。新能源电动汽车（机动车动力收受接收转换装置，发明人：宋广杰），该项专利技术装置，经过进程特制机电作为体系配件，较好地办理了将机动车的动力收受接管并转化为电能的装配，从而，把华侈的动能很好地操纵起来，动能转化成电能后，又反馈到机动车自己举行驱动的体系装配。可以使现有的电动汽车一次充电完成后，再也不烧油和别的充电，续航本领增添100%-300%，节流本钱50%-85%。

无污染，噪声低；能源效率高，多样化；电动汽车的钻研表白，其能源效力已跨越汽油机汽车。支持续航时候和里程的电池手艺

目前良多新能源汽车的电池依旧是传统的铅蓄电池，无论从重量、蓄电量还是安全性角度恍如都是与新能源汽车的初志所矛盾的。是以若是没法在汽车电能贮存技术上冲破瓶颈，开辟划时代的产物，就没法让新能源汽车得以真正的广泛应用。今朝在这一开辟层面上手艺相对于进步前辈的可以参考特斯拉电动汽车，它经由过程将汽车底盘与电池融会的体例来减缓这一抵牾。当然，特斯拉电动车在安全性等其他方面也存在着巨大问题，因此它也一直没有能够广泛销售。

2高功率密度电机的特点

对于高功平度的电机来说,其特点主要体现在两个方面:一方面是转子旋转速度比较快,一般常规的转子额定转速能够达到6000min,高功率密度电机的转速则最高能够超过1000omin,这样由于转速比较高,就会增加电机供电的频率,常规的能够达到200Hz左右,而最高颊率则超过1kHz。另方面是电磁负荷比较高,这样就会增加电机单位体积损耗,导致电机零部件的温度上升,进而对冷却方式的要求有所提高日。由此可以看出,在计划高功率密度机电的时辰,各方面的请求都有所晋升,与通俗机电计划之间仍是存在着较着的不同。

3高功率密度电机的电磁设计

3.1磁性材料的选择

高功率密度电机它的供电频率在一般情况下可以达到好几百或者上千赫兹,当然频率的上升,铁心损耗也会飞快的上升, 铁心耗能占高速电机总体会变得上升，电机铁耗与频率有以下关系:

Ph,Pe一磁磁滞损耗和涡流损耗

Kh,ke--磁损耗和涡流损耗系数,与铁心材料和厚度有关:

Bm--磁通密度峰值

f--电机供电频率。

从式(1)可知,下降铁耗的方法有:1减小铁心中的磁感应强度大小;2用高导磁低损耗的铁心。分别采用用0.35mm的硅钢片DW270和0.2mm电工钢片时,电机铁耗的相关数据见表

厚度/mm 磁滞系数涡流系数铁耗/kW

0.35 179 0.403 4.146

0.2 139 0.175 2.532

由表1可见超薄型的电工钢片磁滞消耗和涡流消耗均较低,可以很好的下降机电铁耗。

3.2定子导线的选择

若是想要削减定子铜耗,机电必要应用导电率高的导线,如银铜合金等。在电动汽车用高功率密度驱动机电是经由过程控制器或变频器供电, 在机电线圈中还可以利用变频电磁线实际上是为了晋升机电的绝缘机能,制止电压严重影响绕组事情,避免呈现电晕征象。频电磁线其实是为了提升电机的绝缘性能,避免电压严重影响绕组工作,防止出现电晕现象。

3.3笼型异步电机转子笼型材料的选择

笼型异步电机转子同样泛泛采纳铸铝或采纳铜导条。铜导条的效率高、电阻小 ,但起动后转动起来的转矩也较小:铝导条的电阻大,效率偏低,但在转起来时有较高的起动转矩。是以选择转子笼型质料时,应当首要斟酌电阻对电动机机能的影响。我们使用特斯拉车上所应用的异步电机为模型，比较电机在三种不同材料的导条下的性能输出。

图1给出的转矩转速曲线是在三种质料下机电的状态图,因为电阻对机电的影响,可以看出采取黄铜导条的笼型机电的起动转矩最高,采取紫铜导条的笼型机电的起动转矩最低；最大转矩相差不多。表2给出了三种笼型材料电机的性能参数比

由表2可知，采取紫铜导条的机电起动转矩较小,效力很高;因为最大转矩与转子电阻无关,是以三种笼型质料机电的输出的最大转矩相称。因为电动汽车是使用变频器供电驱动电机的，电机转子素材首先用铜棒铜和黄铜和紫铜，黄铜材料来说，具有较低的系数阻力。通过实验，可以得出结论，在电机中使用的铜导体的各方面的活动，可以更好的满足要求提供效率，也提高了所有，因此是铜的最佳选择。

3.4永磁同步电机永磁体的选择

面对高功率密度永磁同步电机,永磁体材料性质特点某方面的原因来判定了它的大小和性能为提高电机的转矩密度和功率密度,选择永磁质料时应选用残剩磁通密度、矫顽力和最大磁能积较大的永磁质料。另外,因为高功率密度机电单元体积的消耗很大,温升很高,在选择永磁体时要斟酌其耐温性。以高功率密度永磁同步为例,永磁体质料分别为钕铁硼和钐钻永磁体时,机电相干的性能参数比力见表3