文档介绍：双机械端口新型电机及控制
概述
常规电机无论何种结构均只有一个机械端口,这制约了它的应用范围。双机械端口电机具有两个机械轴,并可以实现两个机械轴能量的独立传递,在混合动力车、无级变速器等领域有广泛的应用前景。
当今世界汽车以每年几千万辆的速度增长,汽车数量的不断增加与众多燃油汽车排放所造成空气质量的日益恶化和石油资源的渐趋匮乏, 使得开发低排放、低油耗的新型汽车成为当今世界汽车发展的紧迫任务。虽然发动机的电控技术(燃油喷射、点火正时、怠速稳定、废气循环等电子控制) 和三元催化等排气净化技术的应用, 使汽车的排放和油耗已下降到了很低的程度, 但还是未能从根本上解决汽车排污和能源问题。因此世界各国汽车工业巨头们都致力于其它燃料的汽车和电动汽车的研究和开发, 以求掌握未来汽车的主动权。由于电动汽车(Electric Vehicle 简称EV) 在使用中可实现零污染, 并可利用煤炭、水力等其它非石油资源, 因此, 无疑是解决问题的最有效途径。但是, 由于电动汽车的关键部件之一的蓄电池或燃料电池其能量密度、寿命、价格等方面的问题, 使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡。近年来, 融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle, 简称HEV ) 异军突起, 在世界范围内成为新型汽车开发的热点。
HEV将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池) 按某种方式组合在一起,有串联式、并联式和混联式3 种形式。
串联式
并联式
混联式
串联式HEV动力传动系中的发动机和汽车驱动轮之间没有机械连接,具有独立于汽车行驶工况对发动机进行控制的优点,适用于市内常见的频繁起步加速和低速运行工况。适用于轮毂电机。
缺点是需要功率足够大的发电机、电动机和电池容量;整体的能量利用率较低。
图1 串联式HEV动力传动系结构图
串联式
并联式HEV的发动机机械能可直接输出到汽车驱动桥, 系统效率较高; 电动机同时又可作为发电机使用, 系统仅有发动机和电动机2 个动力总成, 整车质量和成本减小。
缺点是发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接, 发动机运行工况必将受到汽车行驶工况的影响, 要维持发动机在最佳工作区运行, 则控制系统和控制策略较复杂。
图2 并联式HEV动力传动系结构图
并联式
混联式HEV 布置方案综合了串、并联两种布置方案的优点, 具有了最佳的综合性能, 但系统组成庞大, 传动系布置困难。另外, 实现串、并联分支间合理的切换对控制系统和相关控制策略的设计也提出了更高的要求。
开关式结构分路式结构
图3 混联式HEV动力传动系结构图
混联式
双机械端口电机能量变换装置EVT
为了使内燃机(ICE)能在整个运行工况下均保持最佳效率运行,同时又可以减少装置的复杂程度,一种双机械端口新型电机能量变换装置(Electrical Variable Transmission)—EVT应运而生,EVT结构简图如下图所示。
图中内燃机(ICE)与内转子(机械端口1)相连,外转子(机械端口2)直接与汽车的齿轮相连,电力电子变换器直流侧接蓄电池(电端口)。内转子采用三相绕线式绕组,通过集电环将转差功率通过电力电子变换器向蓄电池充电或直接送到外侧的定子。
(内转子)
EVT的优点
机械装置比混联式HEV明显减少,EVT代替了离合器、齿轮箱、起动器和发电机。
ICE和汽车驱动桥没有直接的机械联系。从而可以使ICE始终保持在最佳效率点工作,克服了并联式HEV的缺点。
控制电力电子变换器可以控制转差功率的流向和大小,从而控制外转子的转速。由于有一部分能量直接从内转子传到外转子,所以电力电子变换器和蓄电池的容量可以小一些,克服了串联式HEV的缺点。
EVT的工作原理
图5 EVT分拆结构图