电动汽车拆解感应马达在高速旋转的情况下尤其有效.docx

电动汽车拆解感应马达在高速旋转的情况下尤其有效虽然电动汽车（EV）和混合动力车（HEV）用的驱动马 达以永久磁铁式为主流，但在产业用途上，采用感应马达的 产品较多。感应马达的构造及控制十分简单，因此，如果 应用于EV和HEV,则有望降低成本。感应马达虽然在低转速 范围内的效率较低，但在高转速范围内有望达到与永久磁铁 式马达同等的效率。日本的东海大学已试制出了用于EV （电动汽车）和混合 动力车（HEV）的驱动马达。其特点是，采用了与目前主流 的永久磁铁式马达不同的感应马达（图1）。目前试制机的最高输出功率为0. 75kWo东海大学计划在2012年3月之前，将其性能提高到丰田上一代“普锐斯” （2003年上市）的同等水平（IkW/kg）（表1）。感应马达的优势有3点：（1）由于不使用稀土类元素, 因而可降低稀土类元素的采购风险；（2）由于不使用永久 磁铁，因而可在高转速范围内抑制反电动势的发生；（3） 让转子转动的原理比较简单，与现有的驱动用马达相比，可 以以较低成本完成设计（表2）。图1：东海大学试制的感应马达设想在电动汽车（EV）及混合动力车（HEV）上 使用。表1:此次试制的感应马达的主要性能指标气隙约 0.5mm马达轴长52mm马达直径定子为145mm、 转子为90mm定子的插槽数24定子的极数4 （6个插槽为1极）转子的插槽（棒）数约40根最高输出功率0.75kW表2：感应马达的优点具有不使用稀土类元素、可降低反电动势、由于构 造及控制十分简单因而成本较低的3个优点。感应马达己有的永久磁铁 嵌入式马达。不使用永久磁铁使用铁(Nd )类稀土 类元素。存在供给风 险。在高转速范围内，反 电动势较小由于采用永久磁铁， 因而在局转速范围内 必须采取反电动势对O旋转的控制十分容易 o只需在定子中通入 电流，转子便开始旋 转必须采用角度传感器 等、根据旋转角对流 入定子的电流的相位 进行精细控制感应马达的第一个优势，就是不使用稀土类元素。与采 用SR (铁铝复合)马达以及铁氧体磁铁的马达相同，即使不 使用钞(Nd)以及镐(Dy)也能制造。目前全球稀土类元 素的90%依赖中国，因此如果中国限制出口，则有可能影响 到马达的生产。如果是感应马达，便不存在稀土类元素的采 购风险。可抑制反电动势感应马达的第二个优势，是可降低反电动势。马达在较高转 速的条件下，会在定子中产生与嵌入马达转子中的永久磁铁 的磁力以及定子线圈数成比例的反电动势。现 有的许多EV、 HEV用马达由于转子采用了磁力较强的钛类永久磁铁，虽然 效率很高，但在马达转速较高的区段会产生反电动势。为此，采用升压转换器等元件，将逆变器的电压设计得 略高一些的做法很常见。可是采用升压转换器，需要通过功 率元件，因而电力损失会增多。而感应马达由于不使用永久 磁铁，因此反电动势较低，无需采用升压转换器。感应马达的第三个优势，是构造及工作原理简单（图2）。 如果在定子中通入三相交流电，即使转子是一个空罐（铝 制），它也会旋转。与已有的永久磁铁式马 达不同，无需 根据转子的角度对电流的方向及电流量进行控制。由于构造 及控制比较容易，因此，如果采用感应马达，则有望降低驱 动马达及逆变器的成本。定子篇加3相交津电图2：感应马达的构造简单只需向定子通入三相交流电，转子（空罐）便 开始旋转。不是借助转子与定子间的吸引及排 斥力实现旋转，而是借助转子产生的作用力实 现旋转。由于感应马达可降低成本，因而多被用于洗衣机、空调、 电梯、换气扇以及公寓的自来水泵等。这些商品中只有高端 机型才会采用永久磁铁式马达。与感应马达相比，永久磁铁 式马达由于耗电较少，可降低电费。在高转速下有效在转速较低的区段，由于感应马达的效率低于永久磁铁 式马达，因此电费的负担会增大。然而在转速较高的区段， 则可达到与永久磁铁式马达同等的效率。这是因为，正如前 面所述的那样，永久磁铁式马达的反电动势会增强，在高转 速范围内永久磁铁式马达的效率会变低的缘故。在应用于汽车的案例中，美国泰斯拉汽车(Tesla Motors)的EV跑车“Roadster”便采用了感应马达(图3)。 虽然泰斯拉公司没有公布采用感应马达的理由，但此举表 明，如果是高速行驶的跑车，驱动马达不一定非得是永久磁 铁式。图3：美国泰斯拉汽车的EV运动车 “Roadster”通过配置在车辆后方的感应马达进行驱动。虽 然感应马达在低转速下效率较差，但由于EV运动车是在转速较高的区段运行，因此可达到与 永久磁铁式马达同等的效率。但在EV及1IEV领域领先的日本，丰田普锐斯、本田 “Insight”以及日产“聆风”等现有的大多数EV、HEV都 在驱动马达中采用的都是钛类永久磁铁。