電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)的基本組成部件有轉(zhuǎn)子、定子和電子開關(guān),如圖所示。
圖示:電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊壓而成,轉(zhuǎn)子的凸極上無繞組。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的作用是構(gòu)成定子磁場磁通路,并在磁場力的作用下轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的凸極個數(shù)為偶數(shù)。實際應(yīng)用的開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸極最少有4個(2對),最多有16個(8對)。
電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)的定子鐵心也是由硅鋼片疊壓而成的,成對的凸極上繞有兩個互相串聯(lián)的繞組。定子的作用是定子繞組按順序通電,產(chǎn)生的電磁力牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。定子凸極的個數(shù)也是偶數(shù),最少的有6個,最多的有18個。
定子和轉(zhuǎn)子的極數(shù)組合見表,目前應(yīng)用較多的四相8/6極結(jié)構(gòu)和三相6/4極結(jié)構(gòu)。
電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)的極數(shù)組合
相數(shù) | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
定子極數(shù) | 6 | 10 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 |
轉(zhuǎn)子極數(shù) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
步進(jìn)角/(°) | 30 | 15 | 9 | 9 | 4.25 | 3.21 | 2.5 |
與其他類型的電機(jī)相比,開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理都有很大的不同。電動汽車開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均為雙凸極結(jié)構(gòu),依據(jù)磁路磁阻最小原理產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
開關(guān)磁阻電機(jī)的定子雙凸極上繞有集中繞組,轉(zhuǎn)子凸極上沒有繞組。其電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生如圖所示。
圖示:四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)原理圖
圖中僅畫出其中一相繞組(A相)的連接情況。當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子凸極正對時,磁阻最小;當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子凸極完全錯開時,磁阻最大。當(dāng)B相繞組施加電流時,由于磁通總是選擇磁阻最小的路徑閉合,為減少磁路的磁阻,轉(zhuǎn)子將順時針旋轉(zhuǎn),直到轉(zhuǎn)子凸極2與定子凸極B的軸線重合。
當(dāng)各電子開關(guān)依次控制A、B、C、D四個定子繞組通電時,轉(zhuǎn)子就會不斷受電磁力的作用而持續(xù)轉(zhuǎn)動。如果定子繞組按D-A-B-C的順序通電,則轉(zhuǎn)子就會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。反之,若按B-A-D-C的順序通電,則電動汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子就會沿順時針方向轉(zhuǎn)動。
根據(jù)定子、轉(zhuǎn)子凸極對數(shù)的配比,開關(guān)磁阻電機(jī)可以設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu),如圖所示。
圖示:開關(guān)磁阻電機(jī)的不同凸極配比
新能源汽車開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型調(diào)速電機(jī),在電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢如下:
①通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計,開關(guān)磁阻電機(jī)能滿足電動汽車四象限運行要求,具有較強(qiáng)的再生制動能力,并在高速運行區(qū)域內(nèi)能保持較強(qiáng)的制動能力;
②開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)有良好的散熱性能,功率密度大,減少了電機(jī)的體積和重量,節(jié)省了電動汽車的有效空間;
③開關(guān)磁阻電機(jī)能在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高效率,能有效提高電動汽車一次充電的續(xù)駛里程;
④開關(guān)磁阻電機(jī)可以達(dá)到良好控制特性,而且容易智能化,從而能通過編程和替換電路元器件,滿足不同類型電動汽車的運行要求;
⑤開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,成本低,制造工藝簡單;
⑥開關(guān)磁阻電機(jī)可控參數(shù)多,調(diào)速性能好,適于頻繁起動、停止以及正反轉(zhuǎn)運行。
開關(guān)磁阻電機(jī)的不足主要有:
①雖然結(jié)構(gòu)簡單,但其設(shè)計和控制較復(fù)雜,開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計和控制要求非常精細(xì),電機(jī)的主電路較復(fù)雜。當(dāng)電機(jī)的凸極數(shù)較多時,主接線數(shù)就多,電機(jī)的主電路較復(fù)雜;
②電磁轉(zhuǎn)矩的脈動較大,在特定頻率下會產(chǎn)生諧振,這些都使得開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲和振動較大。
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