電気自動車は主にモーター駆動システム、バッテリーシステム、車両制御システムの3つの部分で構成されています。モーター駆動システムは、電気エネルギーを機械エネルギーに直接変換する部分であり、電気自動車の性能指標を決定します。したがって、駆動モーターの選択は特に重要です。
環境保護の環境において、電気自動車も近年研究のホットスポットとなっています。電気自動車は都市交通において排出ガスゼロまたは非常に低い排出量を達成でき、環境保護の分野で大きな利点をもたらします。各国は電気自動車の開発に熱心に取り組んでいます。電気自動車は主にモーター駆動システム、バッテリーシステム、車両制御システムの3つの部分で構成されています。モーター駆動システムは、電気エネルギーを機械エネルギーに直接変換する部分であり、電気自動車の性能指標を決定します。したがって、駆動モーターの選択は特に重要です。
1. 電気自動車の駆動モーターに対する要件
現在、電気自動車の性能評価では主に次の 3 つの性能指標が考慮されています。
(1) 最大走行距離 (km): バッテリーが完全に充電された後の電気自動車の最大走行距離。
(2) 加速能力 (s): 電気自動車が停止状態から一定の速度まで加速するのに必要な最小時間。
(3) 最高速度 (km/h): 電気自動車が到達できる最高速度。
電気自動車の駆動特性に合わせて設計されたモーターには、産業用モーターと比較して特別な性能要件があります。
(1) 電気自動車の駆動モーターは通常、頻繁な始動/停止、加速/減速、トルク制御のため、高い動的性能要件を必要とします。
(2) 車両全体の軽量化のため、多段変速機は省略されることが多いため、低速時や登坂時などに高いトルクを発揮できるモーターが必要となり、通常4～5回の耐久性が求められます。過負荷。
（３）速度調整範囲は可能な限り広くする必要があり、同時に速度調整範囲全体で高い運転効率を維持する必要がある。
(4) モータは可能な限り高定格回転数となるよう設計するとともに、可能な限りアルミ合金ケーシングを使用しています。高速モーターはサイズが小さいため、電気自動車の軽量化に役立ちます。
(5) 電気自動車は、エネルギーを最適に利用し、ブレーキエネルギーを回収する機能を備えていなければなりません。回生ブレーキによって回収されるエネルギーは、通常、総エネルギーの 10% ～ 20% に達します。
(6) 電気自動車に使用されるモーターの使用環境はより複雑かつ過酷であり、モーターには優れた信頼性と環境適応性が求められると同時に、モーターの生産コストが高くなりすぎないようにする必要があります。
2. 一般的に使用されるいくつかの駆動モーター
2.1 DCモーター
電気自動車開発の初期段階では、ほとんどの電気自動車は駆動モーターとして DC モーターを使用していました。このタイプのモーター技術は比較的成熟しており、制御方法が簡単で、速度調整が優れています。かつては速度調整モーターの分野で最も広く使用されていました。。しかし、DC モーターはブラシや機械的整流子などの複雑な機械構造により、瞬間的な過負荷容量やモーター速度のさらなる向上には限界があり、長時間の作業の場合、機械的構造が劣化してしまいます。モーターのロスが発生し、メンテナンスコストが増加します。さらに、モーターの回転中、ブラシからの火花によりローターが加熱され、エネルギーを無駄に消費し、放熱が困難になるだけでなく、高周波電磁妨害を引き起こし、車両の性能に影響を及ぼします。DC モーターの上記の欠点のため、現在の電気自動車では基本的に DC モーターが排除されています。
2.2 AC非同期モーター
AC 非同期モーターは、業界で広く使用されているモーターの一種です。ステータとロータが珪素鋼板で積層されているのが特徴です。両端はアルミカバーで梱包されています。、信頼性が高く耐久性のある操作、簡単なメンテナンス。同じ出力の DC モーターと比較して、AC 非同期モーターは効率が高く、質量は約 2 分の 1 です。ベクトル制御の制御方式を採用すると、DCモータと同等の制御性と広い速度調整範囲が得られます。AC 非同期モーターは、高効率、高比出力、高速動作への適合性という利点により、高出力電気自動車で最も広く使用されているモーターです。現在、AC 非同期モーターは大規模に生産されており、さまざまなタイプの成熟した製品から選択できます。しかし、高速動作の場合、モータの回転子は著しく発熱するため、動作中にモータを冷却する必要がある。同時に、非同期モーターの駆動・制御システムは非常に複雑であり、モーター本体のコストも高くなります。永久磁石モーターやスイッチトリラクタンスモーターと比較すると、非同期モーターの効率と出力密度は低く、電気自動車の最大走行距離の向上にはつながりません。
2.3 永久磁石モーター
永久磁石モータは、固定子巻線の電流波形の違いにより 2 つのタイプに分類できます。1 つは方形パルス波電流を持つブラシレス DC モータです。もう 1 つは永久磁石同期モーターで、正弦波電流が流れます。2 種類のモーターの構造と動作原理は基本的に同じです。ロータは永久磁石のため、励磁による損失が少なくなります。固定子には交流によってトルクを発生させる巻線が取り付けられているため、冷却は比較的容易です。このタイプのモーターはブラシや機械的な整流構造を取り付ける必要がないため、動作中に整流火花が発生せず、動作は安全で信頼性が高く、メンテナンスが便利で、エネルギー利用率が高くなります。
永久磁石モータの制御系は交流非同期モータの制御系に比べて単純である。しかし、永久磁石材料プロセスの制限により、永久磁石モーターの出力範囲は狭く、最大出力は一般に数千万に過ぎず、これが永久磁石モーターの最大の欠点です。同時に、ローターの永久磁石材料は高温、振動、過電流の条件下で磁気減衰現象を起こすため、比較的複雑な使用条件下では永久磁石モーターが損傷しやすくなります。また、永久磁石材料の価格が高いため、モータ全体や制御システムのコストも高くなります。
2.4 スイッチトリラクタンスモーター
スイッチトリラクタンスモータは新しいタイプのモータであり、他の駆動モータに比べて最も単純な構造を持っています。ステータとロータはいずれも通常の珪素鋼板からなる二重凸構造です。ローターには構造物はありません。固定子はシンプルな集中巻を採用しており、シンプルで堅牢な構造、高信頼性、軽量、低コスト、高効率、低温度上昇、メンテナンスが容易など多くの利点があります。また、直流速度制御方式の制御性が良いという優れた特性を持ち、過酷な環境にも適しており、電気自動車の駆動用モーターとして最適です。
電気自動車の駆動モーターとして、DC モーターと永久磁石モーターは構造や複雑な使用環境への適応性が低く、機械的故障や減磁故障が発生しやすいことを考慮して、本稿ではスイッチトリラクタンス モーターと AC 非同期モーターの導入に焦点を当てます。機械と比較して、次の点で明らかな利点があります。
2.4.1 モーター本体の構造
スイッチトリラクタンスモータはかご型誘導モータに比べて構造が単純です。ローターに巻線がなく、通常の珪素鋼板のみで作られているのが大きな特徴です。モーター全体の損失のほとんどが固定子巻線に集中しているため、モーターの製造が簡単で、絶縁性が高く、冷却しやすく、放熱特性に優れています。このモータ構造により、モータの小型化、軽量化が可能となり、体積も小さくできる。より大きな出力電力。モーターローターの機械的弾性が優れているため、スイッチトリラクタンスモーターは超高速動作に使用できます。
2.4.2 モーター駆動回路
スイッチトリラクタンス モータ駆動システムの相電流は一方向であり、トルクの方向とは無関係であり、モータの 4 象限動作状態を満たすために使用できる主スイッチング デバイスは 1 つだけです。電力変換回路はモータの励磁巻線と直列に直接接続されており、各相回路は独立して電力を供給します。特定の相巻線またはモーターのコントローラーが故障した場合でも、大きな影響を与えることなく相の動作を停止するだけで済みます。したがって、モーター本体と電力変換器の両方が非常に安全で信頼性が高く、非同期機よりも過酷な環境での使用に適しています。
2.4.3 モーターシステムの性能面
スイッチトリラクタンスモーターには多くの制御パラメーターがあり、適切な制御戦略とシステム設計を通じて電気自動車の 4 象限動作の要件を満たすのが容易で、高速動作領域でも優れた制動能力を維持できます。スイッチトリラクタンスモーターは効率が高いだけでなく、他のタイプのモーター駆動システムでは比類のない、幅広い速度調整範囲にわたって高い効率を維持します。この性能は電気自動車の走行に非常に適しており、電気自動車の航続距離の向上に非常に役立ちます。
3. 結論
この論文の焦点は、電気自動車の開発における研究のホットスポットである、一般的に使用されるさまざまな駆動モーター速度制御システムを比較することにより、電気自動車の駆動モーターとしてのスイッチトリラクタンスモーターの利点を提唱することです。この種の特殊モーターは実用化に向けて開発の余地がまだ多くあります。研究者は理論研究にさらに努力する必要があるが、同時に市場のニーズを組み合わせてこのタイプのモーターの実用化を促進する必要がある。
投稿日時: 2022 年 3 月 24 日