Дизайн привода в электрических транспортных средствах

Автор: Селезнев Владимир seleznev@naukatech.ru.

Публикация: 2025-03-03 20:32.

Последние изменения: 2025-03-03 20:32

Дизайн привода в электрических транспортных средствах (на фото cnet.com.au: Renault Fluence ZE представлен на автосалоне в Мельбурне в 2011 году)

Введение

Добрый вечер, на этой сессии я расскажу о некоторых проблемах в дизайне дисков в области Electric Vehicle.

Я организовал всю серию в модули, чтобы каждый модуль мог быть покрыт:

Проблемы с дизайном накопителя
Сравнение различных приводов для приложений EV
Электрический дизайн машины - Точки обзора
Наука машин
Проектирование индукционных машин
Дизайн машин BLDC
Проектирование машин SRM
оптимизация
Последние тенденции в дизайне

Давайте начнем сессию с всестороннего ознакомления с дисками, используемыми в промышленности, а также приложениями EV

Диски EV против промышленных дисков

Новый модуль электропривода GM в 2014 году Spark EV оснащен двигателем с постоянным магнитом мощностью 120 кВт GM (видимым с левой стороны) и интеллектуальным использованием компонентов переноса ключа от Volt и двухмодовой гибридной трансмиссией.

В EV только тяговый двигатель обеспечивает крутящий момент для ведомых колес. Таким образом, характеристики автомобиля полностью определяются скоростью крутящего момента или характеристикой мощности тягового двигателя.

Транспортное средство, чтобы удовлетворить его эксплуатационные требования, такие как начальное ускорение и способность класса с минимальной мощностью, упомянутой выше, требуется полностью работать в постоянной мощности. Тем не менее, работа на постоянной мощности невозможна для любого практического автомобиля.

Можно заметить, что двигатель EV будет способен предлагать высокий крутящий момент на низкой скорости для запуска и ускорения и высокую мощность на высокой скорости для круиза.

В то же время диапазон скорости при постоянной мощности желательно как можно шире. В идеальном случае исключение области постоянного крутящего момента обеспечило бы минимальную мощность двигателя, но это физически невозможно реализовать.

Желаемые выходные характеристики c электродвигателей в EVs

При нормальном режиме работы типичный электродвигатель, предназначенный для промышленного применения, может обеспечивать постоянный номинальный крутящий момент до его базовой или номинальной скорости. При такой скорости двигатель достигает своего номинального предела мощности. Операция, превышающая базовую скорость до максимальной скорости, ограничивается этой областью постоянной мощности.

Диапазон работы постоянной мощности зависит в первую очередь от конкретного типа двигателя и его стратегии управления.

Максимальный доступный крутящий момент в естественном режиме работы уменьшается обратно пропорционально квадрату скорости. Хотя крутящий момент машины в естественном режиме уменьшается обратно пропорционально квадрату скорости, для некоторых двигателей с очень высокой скоростью естественный режим работы является заметной частью его полного профиля мощности.

Включение этого естественного режима для таких двигателей может привести к снижению общей потребности в мощности.

Типичные характеристики приводов электродвигателей в промышленном применении

Выводы

Выводы, сделанные из приведенных выше сравнений:

Потребляемая мощность (номинальная мощность) для характеристик ускорения (время ускорения и расстояние ускорения) уменьшается с увеличением отношения зоны постоянной мощности.
И наоборот, потребность в крутящем моменте (номинальный крутящий момент) для ускорения возрастает по мере увеличения отношения зоны мощности. Это приводит к увеличению размера и объема двигателя.
Пропускная способность (время прохождения и расстояние прохождения) значительно ухудшается по мере увеличения отношения константы мощности.
Максимальная скорость двигателя оказывает заметное влияние на требуемый крутящий момент двигателя. Низкоскоростные двигатели с расширенным диапазоном скорости постоянной мощности имеют гораздо более высокий номинальный момент вращения вала. Следовательно, им нужно больше железа и меди для поддержки этого более высокого потока и крутящего момента.
По мере уменьшения мощности двигателя (из-за расширения диапазона работы с постоянной мощностью) требуемый крутящий момент увеличивается. Поэтому, хотя потребность в мощности преобразователя (следовательно, стоимость преобразователя) будет уменьшаться при увеличении диапазона постоянной мощности, размер, объем и стоимость двигателя будут увеличиваться.
Увеличение максимальной скорости двигателя может уменьшить размер двигателя, заставив передачу увеличить крутящий момент вала. Тем не менее, максимальная скорость двигателя не может быть увеличена неограниченно, без дополнительных затрат и требований к передаче.

Требования к электроприводам на электроприводах

Высокая мгновенная мощность и высокая плотность мощности.
Высокий крутящий момент на низких скоростях для запуска и подъема, а также высокая мощность при высокой скорости для круиза.
Очень широкий диапазон скоростей, включая области постоянного крутящего момента и постоянной мощности.
Быстрая реакция крутящего момента.
Высокая эффективность при широком диапазоне скоростей и крутящего момента.
Высокая эффективность для рекуперативного торможения.
Высокая надежность и надежность для различных условий эксплуатации автомобиля.
Сокращение, снижение веса и более низкий момент инерции.
Отказоустойчивость
Разумная стоимость
Подавление электромагнитного интерфейса (EMI) моторных контроллеров

Основные соображения в дизайне

Тип структуры рамы
вентиляция
Подшипник и вал
Размеры магнитного сердечника и обмотка

Необходимые детали конструкции:

Основные размеры статора.
Детали обмотки статора.
Детали конструкции ротора и его обмоток
Эксплуатационные характеристики.

Характеристики:

Количество фаз
частота
Номинальная мощность в кВт
Тип пошлины
Напряжение
Повышение температуры
скорость
Крутящий момент
Пусковой момент
Пусковой ток
Фактор силы
Эффективность / потери
Класс изоляции

Механизм привода приходящего BMW i8 в 2015 году (фото topspeed.com)