驱动电机参数确定

驱动电机参数确定
驱动电机参数确定

电动汽车技术一、驱动电机参数确定

(1)最高车速时计算驱动电机功率

电机的功率必须能满足电动轿车最高车速的要求,以保证在良好的路面或空载情况下,能以较高的车速行驶.

最大车速时所需功率:

2D a 1cos 21.153600a M axV V C A P Gf V ??=++ ???η=24.7(KW )

m=2600kg ;V a=90 km/h ;f=0.016; C D =0.5;η=0.95;B=1.46m ;H=1.87m;

(2)加速性能计算驱动电机功率。

保证在良好的路面或空载情况下,整车加速过程的末时刻为电动汽车输出最大功率,加速过程所需最大功率:

= 25.6(kw )

(3)最大爬坡度时计算驱动电机功率

在计算最大爬坡度时的电机功率时,应忽略加速阻力功率 爬坡过程所需最大功率:

=32.84(kw) 根据以上各式计算得出发动机在不同工况下的扭矩和驱动力: P=Tn/

n=(Va ×i 0)/(0.337×r) (2)

联立上面两个方程可得

M axV T =70Nm, Ft=890N

23D 13600 1.521.152.5a a MaxJ a a a t u u C Au P mgf t t t ??=+ ? ????δη136003600a a MaxGra t mgfu mgiu P ??=+ ???

η

T=408Nm, Ft=5.9kN

M axJ

T=650Nm, Ft=8.1kN

M axG ra

由此可得根据(1)计算可知选定电机的额定功率为30kw,由(2)(3)可知选定电机的峰值功率为60kw,最大扭矩为650Nm 二、电池组电压、容量的确定

在选择了电机类型以后,就要确定电池的参数。在一定的电机功率下,电压越高,电流就越低,线路功率损失就越小,在电池以小电流放电时,可发挥出较大的容盈。

根据0.15kWh/km×150km=22.5kWh即所需电池的容量为22.5kWh,考虑到其它电气设备,选择电池容量为25kwh。

锂电单体的容量为270Wh,铅酸电池单体的容量为1.44kWh;若选锂电池则需要92个单体,若选铅酸电池则需要18个单体

三、采用Matlab计算绘制驱动力和行驶阻力图

clear;clf;

axis([0, 250, 0, 12000]);

ig=1;

i0=4.1;

r=0.325;

G=26000;

f=0.016;

Cd=0.5;

A=2.73;

Pmax=60;

Torque=650;

v=0:26.35;

Fw =(f*G+Cd*A*(v.^2))./21.15;

F=v*0+(Torque*ig*i0)./r;

hold on

plot(v,Fw,v,F);

v=26.35:250

F=(9549*Pmax*0.377)./v;

Fw =(f*G+Cd*A*(v.^2))./21.15;

plot(v,Fw,v,F);

xlabel('速度 km/h');

ylabel('驱动力 N ');

title('驱动力-行驶阻力图');

参考文献:

【1】纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真,景柱等,汽车工程学报,3013,3(1),54-58;【2】插电式并联混合动力汽车动力传动系统与控制参数匹配设计,舒红等,汽车工程学报,2013,2(2),105-112;

【3】电动轿车及动力电池的应用分析,张海波,汽车工业研究,2013,3,24-28;

电动汽车四轮独立驱动技术

电动汽车四轮独立驱动技术 第一章:绪论 1.1 引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今,在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便,为人类社会的进步做出了巨大的贡献,但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题,迫切需要开发低能耗,无污染的汽车。因此,电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展,电动汽车技术日趋成熟,部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前,电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变,进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势,设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化,主动化,大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 1.2 四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动 汽车的四个车轮,车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机,车轮一般带有轮边减速器。这种驱

动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点: (一)传动系统得到减化,整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节,传动效率得到提高,也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重,机械传动系的消失,使汽车很好的实现了轻量化目标。另外,由于动力传动的中间环节减少,传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时,可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 (二)与传统汽车相比,四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件,容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)及动力学控制系统(VDC)。传统汽车的TCS 与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能,由于机械系统的响应较慢,且受制动器,液压管路及电磁阀的延迟等因素影响,传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50~100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高,而且增加能耗。与内燃机相比,无论在加速还是减速,电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值,这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。 (三)对各车轮采用制动能量回收系统,则可大大提高汽车能量利用效率,且与采用单电动机驱动的电动汽车相比,其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 (四)实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置

电机驱动技术的发展现状与前景展望

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程学术报告 课程名称:电机与电器学科最新发展动态设计题目:电机驱动技术的发展现状及前 景展望 姓名:王胤燊 学号:11S006014 指导教师:梁维燕院士邹继斌教授 杨贵杰教授翟国富教授时间:2012.7.10 哈尔滨工业大学

电机驱动技术的发展现状及前景展望 王胤燊 (哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展,这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动具有了鲁棒性并且能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。这篇文章回顾了交流电机逆变技术的发展和应用中所起的作用,并介绍了电机驱动技术的发展前景。未来更有效更强劲的电机驱动技术的发展对于实现不污染电网系统和提高生产力这样的节能环保型驱动很重要。 PRESENT STATE AND A FUTURISTIC VISION OF MOTOR DRIVE TECHNOLOGY W ANG Yinshen, (Dept of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract:One of the main driving force behind the industrial revolution was the invention of the electric motor more than a century ago. Its widespread use for all kinds of mechanical motion has made life simple and has ultimately aided the advancement of human kind. The advent of the inverter that facilitated speed and torque control of AC motors has propelled the use of electric motor to new realms that was inconceivable just a mere 30years ago. Advances in power semiconductors along with digital controls have enabled realization of motor drives that are robust and can control position and speed to a high degree of precision. Use of AC motor drives has also resulted in energy savings and improved system efficiency. This paper introduces some futuristic vision for the motor drive technology. The development of more efficient, more powerful electric motor drives to power the demands of the future is important for achieving energy savings, environmentally harmonious drives that do not pollute the electrical power system, and improving productivity. 1引言 电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备,从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等,到机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器,这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。图1所示为电流逆变器(异步电机控制器)和交

驱动轮直流电机选择计算

驱动轮电机用于驱动 AGV 的运行,包括AGV 的直行及差速转弯。在选择电机时,我们通常需要计算出电机的额定功率、额定转矩、额定转速等[28]。而在驱动电机的参数计算之前首先需要明确 AGV 的各项设计要求,如表3-1 所示。 3.1.1 电动机的选择 1. 驱动力与转矩关系 AGV 在地面行驶时,轮子与地面接触,AGV 克服摩擦力向前行驶,电机输出转矩Tq 为小车提供驱动力。而Tq 经减速机减速后得到输出转矩Tt 输出至驱动轮,输出转矩Tt 为: q t g T i T η= 式中 g i ——减速机减速比; q T ——电机输出转矩; t T ——输出转矩; η——电机轴经减速机到驱动轮的效率。 驱动轮在电机驱动下在地面转动,此时相对于地将形成一个圆周力,而地面对驱动轮也将产生一个等值、反向的力t F ,该力即为驱动轮的驱动力[29] 。驱动力为: q q q t g t R T i R T F η= = 式中 q R ——驱动轮的驱动半径。 由于驱动轮一般刚性较好,视其自由半径、静力半径、滚动半径三者相同,均为q R 。 2. 驱动力与阻力计算 小车在行驶过程中要克服各种阻碍力,这些力包括:滚动阻力f F 、空气阻力w F 、

坡度阻力r F 、加速度阻力j F 。这些阻力均由驱动力t F 来克服,因此: j r w f t F F F F F +++= (1) 滚动阻力f F 滚动阻力在 AGV 行驶过程中,主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力所组成,f F 大小为: fg fz f F F F += 式中 fz F ——车轮与轴承间阻力; fg F ——车轮与道路的滚动摩擦阻力。 其中,车轮轴承阻力fz F 为: N 6.3200 48 015.010002 /2 /fz =?? ===D d P D d P F μμ 式中 P ——车轮与地面间的压力,AGV 设计中,小车自重m 为100kg ,最大载 重量m ax M 为200kg ,因此最大整车重量为300kg ,一般情况下,AGV 前行过程中,有三轮同时着地,满足三点决定一平面的规则,各轮的压力为P =1000N [30]; d ——车轮轴直径,驱动轮在本次设计中选择8寸的工业车轮,即d=48mm ; D ——车轮直径,查文献[40]可知,驱动轮在本次设计中选择8 寸的工业车轮,即D =200mm ; μ——车轮轴承摩擦因数,良好的沥青或混凝土路面摩擦阻力系数为0.010—0.018,μ =0.015。 车轮与道路的滚动摩擦阻力fg F 为: N 15015.01000fg =?==Qf F 式中 Q ——车轮承受载荷,Q =1000N ; f ——路面摩擦阻力系数,f =0.015。 则: N 6.18fg fz f =+=F F F (2) 空气阻力w F : 空气阻力是 AGV 行驶过程当中, 车身与空气间形成了相对运动而产生于车身上的阻力,该阻力主要由法向力以及侧向力两部分组成。空气阻力与AGV 沿行驶方向的投影面积以及车身与空气的相对运动速度有关, 但由于AGV 工作于

新能源汽车驱动电机发展趋势【干货】

新能源汽车驱动电机发展趋势【干货】

新能源汽车驱动电机发展趋势 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 随着全球汽车电动化渗透率的不断提高,驱动电机行业将会迎来整体规模的迅速扩张。在这一过程当中,具备规模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额,收获业绩的大幅增长。 全球驱动电机市场趋势 根据估测,随着全球汽车电动化快速推进,新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张,市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。 新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分,虽然同其他大部分汽车零部件一样,这两部分部件长期都面临降价压力,但是由于新能源汽车总量的上升,行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。

系统单价方面,电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。 根据估测,在中性假设条件下,2030年电动车销量将达到2000万台,约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而,如果放到乐观情景下,即电池价格大幅下滑,且环保政策更加严厉的条件下,电动车销量增长的速度有可能大幅上升,我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平,约占当年汽车销量的25%-27%。 预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300),双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000),纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。 电动机市场情况

滚珠丝杠驱动扭矩及电机功率的计算

匀速运行,非精确计算可以套用以下公式:Ta=(Fa*I)/(2*3.14*n1) 式中 Ta:驱动扭矩kgf.mm; Fa:轴向负载N(Fa=F+μmg,F:丝杠的轴向切削力N,μ:导向件的综合摩擦系数,m:移动物体重量(工作台+工件)kg,g:9.8 ); I:丝杠导程mm; n1:进给丝杠的正效率。 计算举例: 假设工况:水平使用,伺服电机直接驱动,2005滚珠丝杠传动,25滚珠直线导轨承重和导向,理想安装,垂直均匀负载1000kg,求电机功率: Fa=F+μmg,设切削力不考虑,设综合摩擦系数μ=0.1,得Fa=0.1*1000*9.8=980N; Ta=(Fa*I)/(2*3.14*n1),设n1=0.94,得Ta=980*5/5.9032≈830N.mm=0.83N.M 根据这个得数,可以选择电机功率。以台湾产某品牌伺服为例,查样本得知,额定扭矩大于0.83N.M的伺服电机是400W。(200W是0.64N.M,小了。400W额定1.27N.M,是所需理论扭矩的1.5倍,满足要求) 当然咯,端部安装部分和滚珠丝杠螺母预压以及润滑不良会对系统产生静态扭矩,也称初始扭矩,实际选择是需要考虑的。另外,导向件的摩擦系数不能单计理论值,比如采用滚珠导轨,多套装配后的总摩擦系数一定大于样本参数。而且,该结果仅考虑驱动这个静止的负载,如果是机床工作台等设备,还要考虑各向切削力的影响。 若考虑加速情况,较为详细的计算可以参考以下公式(个人整理修正的,希望业内朋友指点): 水平使用滚珠丝杠驱动扭矩及电机功率计算: 实际驱动扭矩:T=(T1+T2)*e T:实际驱动扭矩; T1:等速时的扭矩; T2:加速时的扭矩; e:裕量系数。 等速时的驱动扭矩:T1=(Fa*I)/(2*3.14*n1) T1:等速驱动扭矩kgf.mm; Fa:轴向负载N【Fa=F+μmg, F:丝杠的轴向切削力N,μ:导向件综合摩擦系数,m:移动物体重量(工作台+工件)kg,g:9.8 】; I:丝杠导程mm; n1:进给丝杠的正效率。 加速时的驱动扭矩:T2=T1+J*W T2:加速时的驱动扭矩kgf.m; T1:等速时的驱动扭矩kgf.m; J:对电机施加的惯性转矩kg.m2【J=Jm+Jg1+(N1/N2)2*[Jg2+Js+m(1/2*3.14)2]】W:电机的角加速度rad/s2; Jm:电机的惯性转矩kg.m2;

步进电机驱动器的技术发展

将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的,与电机本身无关。其原理是,让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波,而是N级近似阶梯波),则定子绕组电流所产生的磁场合力,会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)。 最新技术发展: 国内外对细分驱动技术的研究十分活跃,高性能的细分驱动电路,可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过复杂的计算使细分后的步距角均匀一致,大大提高了步进电机的脉冲分辨率,减小或消除了震荡、噪声和转矩波动,使步进电机更具有“类伺服”特性。 采用细分技术与步进电机精度提高的关系:步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。 步电机系统解决方案

细分后电机运转时对每一个脉冲的分辨率提高了,但运转精度能 否达到或接近脉冲分辨率还取决于细分驱动器的细分电流控制精度 等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。 真正的细分对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求,成本亦会较高。国内有一些驱动器采用对电机相电流进行“平滑”处理来取代细分,属于“假细分”,“平滑”并不产生微步,会引起电机力矩的下降。真正的细分控制不但不会引起电机力矩的下降,相反,力矩会有所增加。 对实际步距角的作用:在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己对步距角的要求。如果使用细分驱动器,则用户只需在驱动器上改变细分数,就可以大幅度改变实际步距角,步进电机的‘相数’对改变实际步距角的作用几乎可以忽略不计。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年,是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产 厂家合作,结合本公司专家团队多年的客户服务经验,给客户提供有 步电机系统解决方案

电动机功率的选择

范例(1)TOP

负荷系数表负荷条件TOP 如何选择电机的计算公式 范例(2)TOP

电动机扭距计算 电机的“扭矩”,单位是N?m(牛米) 计算公式是T=9549 * P / n 。 P是电机的额定(输出)功率单位是千瓦(KW) 分母是额定转速n 单位是转每分(r/min) P和n可从电机铭牌中直接查到。 如果没有时间限制1000W的电动机可以拖动任何重量的物体 1.1KW的电机输出扭矩为7.2N*m,要是不经过减速要提升1T的东西是不可能的。很简单的道理你可以用P=FV/1000计算出你可以达到的最大升降速度,这里要根据你的传动装置考虑效率进去。F 单位是N,V单位是m/s,P千瓦。注意单位换算。计算下来最大升降速度为0.11m/s。 电动机的名牌上有功率P,有转速n,有功率因数cosφ一般为0.85-0.9左右,设效率为η一般为0.9左右, 设电机扭矩T 则,T=9550*P/n T---扭矩Nm P--功率KW n---转速r/min Tsav=0.5T(Ts+Tcr), Tsav:平均启动扭矩。Ts最初启动扭矩。Tcr:牵入扭矩。 电机负荷的计算方法 一、计算折合到电机上的负载转矩的方法如下: 1、水平直线运动轴: 9.8*μ·W·PB TL= 2π·R·η(N·M) 式PB:滚珠丝杆螺距(m) μ:摩擦系数 η:传动系数的效率 1/R:减速比 W:工作台及工件重量(KG) 2、垂直直线运动轴: 9.8*(W-WC)PB

TL= 2π·R·η(N·M) 式WC:配重块重量(KG) 3、旋转轴运动: T1 TL= R·η(N·M) 式T1:负载转矩(N·M) 二:负载惯量计算 与负载转矩不同的是,只通过计算即可得到负载惯量的准确数值。不管是直线运动还是旋转运动,对所有由电机驱动的运动部件的惯量分别计算,并按照规则相加即可得到负载惯量。由以下基本公式就能得到几乎所有情况下的负载惯量。 1、柱体的惯量 D(cm) L(cm) 由下式计算有中心轴的圆柱体的惯量。如滚珠丝杆,齿轮等。 πγD4L (kg·cm·sec2)或πγ·L·D4(KG·M2) JK= 32*980 JK= 32 式γ:密度(KG/CM3) 铁:γ〧7.87*10-3KG/CM3=7.87*103KG/M3 铝:γ〧2.70*10-3KG/CM3=2.70*103KG/M3 JK:惯量(KG·CM·SEC2)(KG·M2) D:圆柱体直径(CM)·(M) L:圆柱体长度(CM )·(M) 2、运动体的惯量 用下式计算诸如工作台、工件等部件的惯量 W PB 2 JL1= 980 2π(KG·CM·SEC2) PB 2 =W 2π(KG·M2) 式中:W:直线运动体的重量(KG) PB:以直线方向电机每转移动量(cm)或(m) 3、有变速机构时折算到电机轴上的惯量 1、电机 Z2 J JO Z1 KG·CN:齿轮齿数 Z1 2 JL1= Z2 *J0 (KG·CM·SEC2)(KG·M2) 三、运转功率及加速功率计算 在电机选用中,除惯量、转矩之外,另一个注意事项即是电机功率计算。一般可按下式求得。 1、转功率计算 2π·Nm·TL P0= 60 (W) 式中:P0:运转功率(W) Nm:电机运行速度(rpm) TL:负载转矩(N·M) 2、速功率计算

必看2018 年度电机驱动与电力关键技术发展趋势分析

必看2018 年度电机驱动与电力关键技术发展趋势分析 一、中国新能源汽车重大共性关键技术的主攻方向《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向包括:动力电池与电池管理系统,电机驱动与电力,电子、电动汽车智能化,燃料电池动力系统,插电/增程式混合动力系统,纯电动力系统。一共是6个方向,再细分24 个研究任务。笔者理解 ①企业与政府规划要保持一致,企业经营活动(含技术攻关)要在政府的顶层设计下开展。 ②企业2018年具体的新能源汽车研究(开发)项目必须在6个方向下、24个研究任务之中; ③企业具体技术研究和开发项目,理应与中央政府政府年度计划技术攻关项目对应起来。 二、2018 年度电机驱动与电力关键技术研究任务 1、商用车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容: 研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)芯片集成封装技术;研究机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研究硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究集成电力电子控制器产品(简称PCU)的可靠性及测试方法。开发出适用于10~12 米纯电动、插电

式、增程式客车的PCU 产品。 ②考核指标:商用车电力电子集成控制器产品比功率≥ 10.0kV A/kg;控制器最高效率≥98%,效率大于90%的高效区≥80%,集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,PCU 产品寿命≥8 年(以关键器件寿命设计文件与加速寿命验证测试报告作为验收依据);配套整车产品完成公告,并批量装车。 笔者解读 Ⅰ)功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)是核心竞争力技术和产品,是中国发展新能源汽车的短板。Ⅱ)适用于10~12 米纯电动、插电式、增程式客车的PCU 产品,是主攻方向。 Ⅲ)集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,目前公交车整车生产企业急需这样的产品。 Ⅳ)中国发展新能源汽车必须要能自己研发和生产功率器件【绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)】,否则,弯道超车就只是一个口号而已。 2、轿车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容:研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构,开发机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研发芯片集成封装技术及硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究

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。

较大功率直流电机驱动电路的方案与对策

1 引言 直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便、调速范围广,过载能力强,可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转,能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求,因此在工业控制领域,直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片,但这些芯片多数只适合小功率直流电机,对于大功率直流电机的驱动,其集成芯片价格昂贵。基于此,本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题,有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A 的直流电机驱动电路。该电路驱动功率大,抗干扰能力强,具有广泛的应用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 在直流电机中,可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动,但是它们都属于不可逆变速控制,其电流不能反向,无制动能力,也不能反向驱动,电机只能单方向旋转,因此这种驱动电路受到了很大的限制。对于可逆变速控制, H 桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛。可逆驱动允许电流反向,可以实现直流电机的四象限运行,有效实现电机的正、反转控制。而电机速度的控制主要有三种,调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。三种方法各有优缺点,改变电枢回路电阻只能实现有级调速,减弱磁通虽然能实现平滑调速,但这种方法的调速范围不大,一般都是配合变压调速使用。因此在直流调速系统中,都是以变压调速为主,通过PWM(Pulse Width Mo dulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小,从而实现电机的平滑调速。 2.1 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转,需要给电机提供正反向电压,这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。当开关S1 和S4 闭合时,电流从电机左端流向电机的右端,电机沿一个方向旋转;当开关S2 和S3 闭合时,电流从电机右端流向电机左端,电机沿另一个方向旋转, H 桥驱动原理等效电路图如图1 所示。

学长福利——电动汽车电机驱动控制技术的研究现状与其发展趋势

编号:35 《电动汽车》课程论文 电动车电机驱动控制技术的研究现状及 其发展趋势 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving 班级:车辆1103 姓名(及手机):李朗 学号:1101504321 任课教师:郑建祥 2013年5月14号

电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发 展趋势 摘要:当今世界上节能和环保日益受到重视,因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术,并对未来的发展趋势作了展望。 关键词:电动汽车;电机;驱动系统 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract:The development of the technology for electric vehicle is speeding up,as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system,and made a prospect for the future technology. Key words:electric vehicle;motor;driving

几种驱动电动机的比较

动汽车用电机的比较与选择 电动汽车的驱动电动机通常要能够频繁的启动停车、加速减速,低速或爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,并要求变速范围大而工业驱动电机通常优化在额定的工作点。因此,电动汽车驱动电动机比较独特,应 单独归为一类。它们在负载要求、技术性能以及工作环境等方面的主要区别归纳如下 电动汽车驱动电动机需要有一倍的过载转矩以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求而工业驱动电动机只要求有倍的过载转矩就可以了电动汽车驱动电动机的最高转速要求达到在公路上巡航时基速的一倍,工业驱动电动机只要求达到恒功率时基速的倍电动汽车驱动电动机应根据车型与驾驶员的驾驶习惯进行设计而工业驱动电动机通常只根据典型的工作模式进行设计即可. 电动汽车驱动电动机要求有高的功率密度和好的效率图在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率,从而能够降低车重,延长继驶里程而工业驱动电动机通常对功率密度、效率及成本进行综合考虑,在额定工作点附近对效率进行优化.为使多电动机协调运行,要求电动汽车驱动电动机可控性高、稳态精度高、动态性能好而工业驱动电动机只有某一种特定的性能要求.电动汽车驱动电动机往往被装在机动车上,空间小,工作在高温、坏天气及频繁震动等恶劣的工作条件下而工业驱动电动机通常在某个固定的位置工作. 电动汽车用电机的比较与选择 高功率密度、高效率、宽调速的车辆牵引电机及其控制系统既是混合动力汽车的心脏,又是混合动力汽车研制的关键技术之一。目前,可用于混合动力电驱动系统的主要有直流电机系统、感应电机系统、无刷直流电机系统、永磁同步电机系统、开关磁阻电机系统。 直流电机驱动系统 由于直流电动机励磁绕组的磁场与电枢绕组的磁场是垂直分布的,因而其控制原理非常简单。通过用永磁材料代替直流电动机的励磁绕组,由于有效地利用了径向空间,从而可使电动机的定子直径大大减小。由于永磁材料的磁导率较小,因而电枢反应减小,互感增加。但是直流电动机的主要问题是,由于有换向器和电刷,这使得它的可靠性降低,且需要定期维护。不过,由于技术成熟和控制简单,直流电动机一直在电驱动领域有着突出的地位。实际上,串励、并励、他励和永磁等各种直流电动机目前在电动汽车上都有应用。 异步电机驱动系统 由于感应电动机低成本、高可靠性及免维护等特性,因而在电动汽车驱动电动机领域里,它是应用很广的一种无换向器电动机。但传统的变频变压控制技术等,不能使感应电动机满足所要求的驱动性能。主要原因在于它的动态模型的非线性。随着微机时代的到来,采用矢量控制法控制感应电动机可以克服由于其非线性带来的控制难度。矢量控制也称为解祸控制。不过,采用矢量控制的电动汽车感应电动机在轻载及有限的恒功率工作区域运行时效率较低。 异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠,低转矩脉动,低噪声,不需要位置传感器,转速极限高。异步电机矢量控制技术调速技术比较成熟,使得异步电机驱动系统具有明显的优势,因此被较早应用于电动汽车的驱动系统。目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品尤其在美国,但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。最大缺点是驱动电路复杂,成本高相对永磁电机而言,异步电机效率和功率密度偏低。 永磁同步电机驱动系统 永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构,由于具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围,发展前景十分广阔,在电动车辆牵引电机中是强有力的竞争者,己在国内外多种电动车辆中获得应用。 用永磁材料代替传统同步电动机的励磁绕组,永磁同步电动机就能去掉传统的电刷、滑环以及励磁绕组的铜损。永磁同步电动机由于采用正弦交流电及无刷结构,也被称为永磁无刷交流电动机或正弦永磁无刷电

电动汽车电机控制器国内外发展现状

电动汽车驱动电机与电机控制器国内外发展现状 1、国外驱动电机在新能源汽车上的应用 电机方面: 全球范围看,有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长,产品更新换代不断,迄今还在应用。上世纪80 年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990 年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场,并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。 根据电动汽车、混合动力车车型的开发应用年代,日本的产业水平与市场偏好,成本核算等方面考虑,先采用感应电机,而近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机为主流。 近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低,性能可靠;缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高,但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃,而开关磁阻电机(SRM:Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好,无大的冲击电流,但噪声大。 驱动电机系统的驱动方式与控制方面: 车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单,可以沿用内燃机汽车的部分传动装置,是目前应用最多的电驱动方式,容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低,不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制,影响车辆的操纵稳定性。 车轮独立驱动的范例是三菱汽车公司应用开发的轮毂电机电动汽车,和日产汽车公司开发的轮毂电机电动汽车。 车轮独立驱动的优点是简化传动系统,布置方便;由于每个电机可以单独控制,能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制,容易实现车辆底盘系统的电子控制,改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大,对于整车动力性能造成影响,还可能带来其它问题,如电机散热、防水、防尘难度大等。 正因为上述问题,三菱在推出新一代电动汽车“iMiEV”时,不再采用轮毂电机,仍采用集中驱动系统,驱动电机采用永磁电机。 至于电机驱动系统的控制,涉及到电压波形与调制率控制、矩形波电压相位控制、直流电流失调反馈(DC offset feedback)控制,与可变电压系统控制。此外,在电机控制的硬件方面,例如混合动力车用电机控制在100us 程度的抽样周期中必须进行多项控制计算,再加上保险失效处理功能(fail safe),其编制程序极其繁复。 从驱动系统的实际应用中,因为仍以传统的集中驱动方式作为主流,而永磁电机由于其优点突出,在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。而从成本角度来看,采用集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本,往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。而iMiEV 纯电动车采用传统的集中驱动系统,即驱动方式通过减速器、差速器、驱动轴把电机输出扭矩传递到左右车轮,驱动车辆行驶。 2、国内驱动电机行业现状 电机业中的小行业、但制造门槛高 作为电机行业的细分领域,电动汽车驱动电机是一个小行业。主要是由于市场处于起步

驱动电机系统简介

随着技术的不断进步,加上国家政策的大力扶持,新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车,新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势,以电动机代替燃油机,由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。 与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。

电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成,结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能,按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机,如图3。功率转换器按所选电机类型,有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式,其作用是按所选电动机驱动电流要求,将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成,驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1,根据设计原理

电机控制技术发展前景

电机控制技术发展前景(一)伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来,数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中,交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流 伺服系统的发展,数控系统的计算速度大大提高,采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后,大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网,它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置,网络连接,进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展,使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强,大大推动了高精高速加工技术的发展。 另外,先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器,其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展,与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑,改进了电动机的磁路设计,并配合高速数字伺服软件,可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。 (二)交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机+精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动” 两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高,实现高速化的成本相对较低,所以目前应用广泛。使用滚,珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动,机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙,相应会造成运动滞后和非线性误差,所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来,高速高精的大型加工机床中,应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳,运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动,不需中间机械传动,减小了机械磨损与传动误差,减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,最大达10g,刚度提高7倍,最高响应频率达100Hz,还有较大的发展余地。当前,在高速高精加工机床领域

驱动电机参数确定

电动汽车技术一、驱动电机参数确定

(1)最高车速时计算驱动电机功率 电机的功率必须能满足电动轿车最高车速的要求,以保证在良好的路面或空载情况下,能以较高的车速行驶. 最大车速时所需功率: 2D a 1cos 21.153600a M axV V C A P Gf V ??=++ ???η=24.7(KW ) m=2600kg ;V a=90 km/h ;f=0.016; C D =0.5;η=0.95;B=1.46m ;H=1.87m; (2)加速性能计算驱动电机功率。 保证在良好的路面或空载情况下,整车加速过程的末时刻为电动汽车输出最大功率,加速过程所需最大功率: = 25.6(kw ) (3)最大爬坡度时计算驱动电机功率 在计算最大爬坡度时的电机功率时,应忽略加速阻力功率 爬坡过程所需最大功率: =32.84(kw) 根据以上各式计算得出发动机在不同工况下的扭矩和驱动力: P=Tn/ n=(Va ×i 0)/(0.337×r) (2) 联立上面两个方程可得 M axV T =70Nm, Ft=890N 23D 13600 1.521.152.5a a MaxJ a a a t u u C Au P mgf t t t ??=+ ? ????δη136003600a a MaxGra t mgfu mgiu P ??=+ ??? η

T=408Nm, Ft=5.9kN M axJ T=650Nm, Ft=8.1kN M axG ra 由此可得根据(1)计算可知选定电机的额定功率为30kw,由(2)(3)可知选定电机的峰值功率为60kw,最大扭矩为650Nm 二、电池组电压、容量的确定 在选择了电机类型以后,就要确定电池的参数。在一定的电机功率下,电压越高,电流就越低,线路功率损失就越小,在电池以小电流放电时,可发挥出较大的容盈。 根据0.15kWh/km×150km=22.5kWh即所需电池的容量为22.5kWh,考虑到其它电气设备,选择电池容量为25kwh。 锂电单体的容量为270Wh,铅酸电池单体的容量为1.44kWh;若选锂电池则需要92个单体,若选铅酸电池则需要18个单体 三、采用Matlab计算绘制驱动力和行驶阻力图 clear;clf; axis([0, 250, 0, 12000]); ig=1; i0=4.1; r=0.325; G=26000; f=0.016; Cd=0.5; A=2.73; Pmax=60; Torque=650; v=0:26.35; Fw =(f*G+Cd*A*(v.^2))./21.15; F=v*0+(Torque*ig*i0)./r; hold on plot(v,Fw,v,F); v=26.35:250 F=(9549*Pmax*0.377)./v;

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