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  • 轮毂电机技术如果能够完全推广 将能取代汽车现有传动系统

    轮毂电机技术如果能够完全推广 将能取代汽车现有传动系统

    随着节能减排的有关政策标准相继出台，传统动力汽车逐渐向新能源汽车过渡。后者在机械与电气结构上明显比前者相对简单。通过将电机与电池进行系统整合来替换传统的发动机了。然而还有一个最大的问题困扰着电动汽车开发人员，除了变速箱结构得到了相应简化，传动系统还是非常复杂。目前，轮毂电机技术如果能够完全推广，将能取代汽车现有传动系统。 一、应用背景 众所周知，电池、电机、电控是新能源汽车必备的三大核心部件。当前的新能源汽车，均采用电机驱动系统将电能转化为机械能为汽车提供动力，因此驱动电机也是新能源汽车的核心技术之一。 图 1 新能源汽车主要系统架构 目前，集中电机驱动是电动汽车动力的主要驱动形式。虽然其优点很明显，即传动系统和控制系统的布置相对简单，但是也存在着一些问题。由于通过这类电机驱动的新能源汽车存在变速器、离合器、传动轴等机械传动部件，使得底盘结构更加复杂，随之带来的影响就是乘坐空间十分狭小，而且传动系统通过机械部件传递动力的同时会造成能量的损耗，造成能量利用率低下。 另外，这种传动系统在新能源汽车行驶过程中会产生较大的噪声，乘坐人员的舒适性并不能得到保证。国外的专家学者早年就开展了轮毂电机驱动的技术研究，从而优化了新能源汽车底盘中电机驱动的结构紧凑度、能量利用效率等问题；而国内相关院校和单位针对轮毂电机驱动技术的研究尚浅。目前，轮毂电机驱动技术已经在部分新能源汽车上应用并取得了较好的进展。 二、轮毂电机的概念 轮毂电机技术的起源可以追溯到20世纪元年，当时的费迪南德·保时捷在还没创立PORSCHE汽车公司时就研制出了前轮装备轮毂电机的电动汽车。上世纪70年代，轮毂电机技术运用在矿山运输车上取得不错的反响。另外，日本车企在关于乘用车轮毂电机技术方面的研究开展相对较早，基本占据领先地位。丰田和通用等国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。与此同时，国内也逐渐诞生出研发轮毂电机技术的自主品牌厂商。 图 2 历史上的轮毂电机汽车 轮毂电机，通俗得讲就是将金属轮毂和驱动装置直接合并为整体的驱动电机，换句话说也就是将驱动电机与传动制动装置都合并到轮毂中，俗称“电动轮”，也叫作轮式电机（wheel motor）。其内部包含了轴承、定子和转子、小型逆变器等。 图 3 轮毂电机内部结构（Protean Drive TM） 三、轮毂电机驱动方式 （1）减速驱动 此驱动方式采用高速内转子电机，同时配置了固定传动比的减速器，功率密度相对较高，该电机的转速最高可达到10k r ／min。 优点： 具有较高的比功率和效率，体积小，质量轻；减速结构增矩后使得输出转矩更大，爬坡性能好； 能保证汽车在低速运行时获得较大的平稳转矩。 缺点： 难以实现润滑，行星齿轮减速结构的齿轮磨损较快，使用寿命相对变短，不易散热，噪声比较大。 （2）直接驱动 此驱动方式采用低速外转子电机，电机的外转子直接与轮毂机械连接，电机的转速一般在1．5K r ／min左右，无减速结构，车轮的转速与电机转速一致。 优点： 由于没有减速机构，使得整个驱动轮的结构更加紧凑，轴向尺寸也较前一种驱动形式小，传递效率更高。 缺点： 在起步、顶风或爬坡等需要承载大扭矩的情况时需要大电流，很容易损坏电池和永磁体，电机效率峰值区域小，负载电流超过一定值后效率下降很快。 四、国内外现状 （1）日本三菱 三菱公司（Mitsubishi）的MIEV技术始于2006年，并应用于其 MIEV样车上。目前该样车已经发展到了第三代。其中比较有代表性的是 Colt EV 及四驱跑车（LancerEvolution MIEV）。其中三菱的轮毂电机技术是日本东洋电机提供，该轮毂电机具有以下特点：逆变器采用 BOOST升压方案，且为每台电机由一台逆变器控制；电机采用永磁同步电机与轮毂的一体方案，保留原有的制动器及减震系统；东洋电机方案同样具有冷却的问题，采用自然冷却，且未批量推广。 图 4 系统示意图 （2）法国米其林 Michelin公司开发了动态减震轮毂电机系统。该系统在电动机和车轮之间增加了一套减震装置，从而提高了车辆的行驶平顺性和主动安全性。该公司最新公布的新一代轮毂电机系统的特点如下：轻量化和结构紧凑化，而且减少了系统质量；独特构造的悬挂装置，电机的悬挂装置是由直线状导块、螺旋弹簧、减震器、缓冲挡块构成，并位于车轴与电机之间，由直线导块控制电机的上下运动，螺旋弹簧则支承电机的重量，减震器用于减震；电机可靠性的提高，电机应用的密封技术以及部件耦合技术，使得轮毂电机在灰尘与雨水的特殊环境下具有更高的可靠性。 图 5轮毂电机驱动系统（Siemens ／ Michelin） （3） Protean－E Protean－E 轮毂电机采用分布式电机方案，即一体化的电机中包括8个共用母线小型永磁电机，环形电容旋转在电机内部，逆变器也同样分为8 组模块固定在轮毂上，Protean－E的电机系统散热采用自然冷却。 图 6 Protean－E电机装配图 （4）天津一汽 采用前舱集中驱动和后轮轮毂电机驱动的混联方案；外转子安装制动器后外面连接轮辋；原有的前轮驱动问题：采用避让原则，空间小；标称7．5k W的轮毂电机（实际额定5kW），最高车速可达到90 公里，同时由于转矩小，启动较慢。 五、电机控制原理 直流无刷控制的原理，控制器读取霍尔信号判断电机转子所在扇区，决定逆变桥桥臂的开关逻辑。方波控制实质上是比较简单的六步换向操作，任意时刻都存在一相定子绕组处于正向导通，即相电流正向流出；第二相定子绕组内反相导通，即相电流反向流入；第三组不通电。电磁力矩来源于定子绕组产生磁场吸引着转子磁场不断转动，若忽略磁阻转矩（表贴式永磁同步电机），定子绕组产生的交轴磁场产生了全部的电磁力矩；相反，当这定转子磁场重合时，即定子的直轴磁场对转子磁钢的相互作用，产生的电磁转矩为零。所以，需要不停的改变定子磁场的位置，来驱动转子磁钢的不断转动，控制定子磁场总是领先于转子磁 场一定角度，从而形成了永磁体的磁场总是在追赶绕组合成磁场。控制器检测转子磁场所在的扇区，然后控制绕组产生指向下一个扇区的磁场，控制转子转动一周只需改变定子绕组六次即可。但是，由于轮毂电机的极对数通常不为，所以每完成一个通电周期意味着转子仅仅是转动了电角度一圈，并未实现转子机械角度一周，所以转子转动机械角度一周需要的换向周期数和极对数相同。 这种控制主要实现电机的转速控制。通过读取霍尔传感器的位置信号，判断转子位置，同时电机转速控制器对电机的转速做闭环控制，由于电压与转速成正比，控制输出的相电压即可实现转速控制。这种控制方法通过简单的六步换向改变电枢磁场，引领转子转动，在任意时刻仅有两相绕组导通。具体控制流程如图： 图 7 方波控制逻辑框图 方波控制采用霍尔元件作为位置传感器。3个霍尔分别安置在电角度为0°，120°和240°的位置，如图8所示，将360°电角度分割成6个扇区。控制器检测转子所在扇区，控制电枢磁场指引转子转向下一个扇区。 图 8 扇区示意图 六、电机驱动漏电现象 原因大致有以下几类： 电机驱动漏电现象 主要 分类 绕组受潮使绝缘电阻下降 电动机长期过载运行 金属异物侵入绕组内部损坏绝缘 重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心 绕组端部碰端盖机座 定、转子磨擦引起绝缘灼伤 引出线绝缘损坏与壳体相碰 有害气体腐蚀 七、电流检测方案 目前来说，运用霍尔传感器（Hall Current Sensor）或电流互感器（Current transformer）对功率变换器上直流母线电流进行反馈检测的方式具备多方面的局限性。因为通过主开关器件的电流普遍相对较大 ，所采用的霍尔器件或电流互感器的额定参数也必须较大，此时方案体积大、成本高。 另外，其不便于实现功率变换器的高功率密度 。 本文介绍一种新颖的方案——基于半导体器件构成的电流检测电路 ，其可以直接在功率变换器的控制PCB板上布置电路， 不仅成本低廉 ，体积小，安装方便 ，而且性能良好， 还可以同功率变换器固化在一起形成专用集成电路（ASIC）。 图 10 基于MOSFET的电流检测电路 电路工作原理 （如图10所示）： 下桥的驱动信号为 。 （1）当 为时， 下桥 MOSFET管的为关闭状态 ，右端信号点为二极管的管压降， 此时 ，的正向输入端为， 负向输入端电压为，此时输出为低电平 ，输出也为低电平 ，是集电极开路输出方式， 同样存在导通压降的问题 ， 故将信号减去信号， 消除因导通压降引起的检测误差，起到消除输入误差的作用。 （2）当为时， 下桥 管为导通状态 ， 右端点信号为 ， 此时，的正向输入端为， 负向输入端电压为， 输出为高阻态 ，的电压为 内阻上的压降加上快恢复二极管的压降 ， 同时，输出也同样为高阻态 ，的电压为二极管的压降。通过运放组成的减法电路将信号减去信号， 可得到内阻上的压降。 图 11 各点对应的波形图 开关管管压降和电流检测电路相关点的波形分析如图 3所示。采用两两导通方式中， 在电动或制动状态 ，总有一个下桥臂处于工作状态 ，故 3个下桥臂的导通压降之和约等于电机绕组的平均电流。 和是导通时刻 ， 是关断时刻 ，是导通时的管压降， 为导通压降 。在该检测电路中，起到是过流保护的功能 ， 当的电压大于时 ， 的输出为低电平（过流信号）。

    时间：2020-06-25 关键词： 新能源汽车 电机技术

  • 仅剩2天！直播福利丰厚，众多企业均已报名

    2020年5月29日，大比特资讯将邀请国民技术和华羿微电两家企业的专业人士于线上进行关于电机驱动和电机控制的两场直播研讨会。此次直播内容系统详实，更有丰厚福利等你来拿!值得一提的是，目前已有近250多家企业报名参与直播。 【演讲嘉宾】 张海鹏 国民技术产品市场经理 钟任生 华羿微电子股份有限公司应用技术总监 【直播福利】 为了感谢和回馈前来参会人士，本次直播设置了丰厚的奖品。提前报名即可有机会获得报名参与奖和预先提问奖，因此也鼓励大家积极参与报名和预先提问。 直播期间，两场直播分别将有两轮红包雨来临。此外，在互动提问环节，演讲嘉宾还将对提问的人进行选择性红包打赏。 最后，直播活动还有神秘大礼随机抽取。三等奖将可获得飞利浦剃须刀，二等奖将可获得小米空气净化器，一等奖将可获得小米平衡车。 以上奖品数量有限，随机获得。欢迎各位参会人士积极参与报名、观看提问和直播推荐!另外，以上所得红包及奖品仅需在登录时填写准确的个人信息即可领取。 【部分报名企业】 电机驱动和电机控制一直以来是国内众多工程师和研发人员共同探讨的重要话题。同时，本次关于电机驱动和电机控制的线上研讨会也备受行业人士的关注，众多相关企业纷纷报名了这次线上直播研讨会。其中参与报名的企业有：联宜电机、捷和电机、富特科技、东兴昌科技、大洋电机、亚加电机、智创电机、横河电机、拓邦电机、南洋电机、中科深江、绿控传动、和而泰、友贸电机、比亚迪、上汽、蔚来、中车株洲电机、超力电器、中达电子、长川电机、深鹏电子、品泰电子、力佳电机、伟京电子、品泰电子、富兴机电、众邦机电、兆威机电和驭势等。目前报名时间仅剩2天，大比特资讯欢迎更多企业和行业人士前来报名参与。 【报名方式】 识别下方二维码即可分别选择直播场次，点击报名，填写并提交相关信息便可完成线上报名，快来报名参与吧! 以上是报名二维码 本文为大比特资讯原创文章，如需转载请在文前注明来源

    时间：2020-05-27 关键词： 电机 电机驱动 电机技术

  • 电机技术标准有哪些

    电机技术标准有哪些

    　　电机技术 　　电机技术，电机的技术要求包括：额定值；工作制与定额；运行条件；绝缘等级与温升；介电性能；外壳防护等级；冷却方法；结构及安装形式；线端标志和旋转方向；外形和安装尺寸及其公差；噪声与震动限值；电气性能；工作期限或可靠性；表观质量；电机的安全性能等。 　　 　　电机技术标准有哪些 　　1、GB 　　GB即“国标”的汉语拼音缩写，为中华人民共和国国家标准的意思。 　　2、ISO 　　国际标准化组织的英语简称。其全称是InternationalOrganizaTIonforStandardizaTIon或InternaTIonalStandardOrganized。 　　3、IEC 　　是国际电工委员会（InternaTIonalElectroTechnicalCommission）的缩写。她也是非政府性国际组织，是联合国社会经济理事会的甲级咨询机构，正式成立于1906年成月，是世界上成立最早的专门国际标准化机构。 　　4、IEEE 　　InstituteofElectricalandElectronicsEngineers（IEEE）美国电气和电子工程师协会，美国电气和电子工程师协会（IEEE）是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会GB是国家标准的汉语拼音简写，是中国的国家标准。 　　5、IEC 　　是国际电工委员会的简称，相应的是这个国际标准化组织制订的标准，主要是电工领悟的国际标准。 　　6、ISO 　　国际标准化组织的简称，相应标准用ISO+编号来指示，比IEC的标准范围相比更加广泛。IEEE是电气和电子工程师协会的简称，制订的标准涉及太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品等领域。

    时间：2020-05-20 关键词： 电机 电机技术

  • 电动汽车电机技术发展新方向

    电动汽车电机技术发展新方向

    永磁体是大量家用和工业设备的重要组件。它们在可再生能源领域尤其重要，包括电动汽车电动机。目前，这些磁铁基于稀土元素钕和镝，在用于电动汽车电机设计中越来越贵。欧盟已开始致力于消除或大大减少对永磁体中重稀土的需求。他们正在研究一些新的微结构工程策略，这将大大改善纯轻稀土元素磁体的性能。 目前，用于电动汽车的高功率密度电机主要依靠稀土基永磁电机。随着成本的不断提高，稀土磁性材料的限制和稀缺，行业开始从一个新的方向应对这一问题。在出现廉价的工程磁性材料之前，替代的机器类型可提供合适的方案。无论是感应电机还是单独缠绕式转子电机，都在成为具吸引力的替代方案用于电动汽车电机。 【图1. 感应电机】 感应电机(IM)是一种无磁选择，长期以来一直受到一些电动汽车制造商的青睐，作为永磁电机的替代品。它具有可靠性高、故障模式好、效率高等优点。典型的电动汽车感应电机非常简单，由一个绕线三相定子和一个鼠笼式转子组成，如图1所示。其工作模式相当简单，当定子绕组以三相电压供电时，会产生电流，从而产生磁场。定子旋转磁场将电压引入鼠笼式转子。转子的感应电压引起电流和转矩。定子的旋转场与转子的旋转场相互作用。这样会产生扭矩，从而使电机轴旋转。IM性能已被优化用于特斯拉电动车，采用专有的转子设计，用铜制造。 【图2. 单独励磁同步驱动】 最近出现了另一种电动汽车电机设计方案，即单独励磁同步电机(SESM)。其原理图如图2所示。这新的电动汽车电机技术，已普遍用于工业系统多年，是PM和IM的一种替代方案。这电机由绕线三相定子和绕线单相转子组成。转子是通过使用一对滑动环供电，由于可靠性问题这滑动环是不合需要的。但在这种结构下，转子磁链可以直接控制，在控制能力带来很大的优势。永磁电机是为满足低速、高转矩要求而设计的大磁通电机。这大的磁通在高速时不合需要，必须通过使用磁场减弱来减少。这是一种方法，其中定子创建一个计数器场，以减少由磁铁产生的磁场，以支持高速运行。由于SESM能完全控制转子电流，因此转子磁链可以根据高速运行时的要求降低磁通水平。顺便说一句，这是一般的电动汽车花费大部分时间的操作点。 这些替代的电机设计进一步表明，电动/混动汽车(xEV)行业仍在基础水平不断发展，创新还将为半导体行业创造许多未来的设计机遇。我们正在开发一些激励模块方案，用于控制SESM场线圈电流。

    时间：2019-07-31 关键词： 电动汽车 电机技术

  • 电机技术提高电动车核心部件使用寿命

    驱动电机系统是新能源车核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。 应用于纯电动及混合动力汽车的动力用永磁同步电机及驱动系统已达到市场应用阶段，随着2009年国家《汽车产业调整和振兴规划》的出台，以及国务院从“十城千辆”计划扩大到“廿城千辆”，按照国家“十二五发展规划”讨论稿情况表明，到2010年、2015年、2020年分别形成万辆、百万辆、千万辆新能源汽车规模，使新能源汽车及相关产业发展战略上升到国家战略，为新能源汽车产业及关键配件产业发展带来契机，为环保节能汽车动力电机及驱动系统产品带来广泛的市场空间。 汽车系统广泛使用电力驱动系统，为电动机制造商带来了福利。根据IMSResearch一项最新报告，2012到2017年间，应用于汽车行业的永磁无刷直流电机出货量将超过直流伺服电机和步进电机。永磁无刷直流电机出货量将上升52%，销售将超过4.62亿台。 2013年10月30日-31日，由中国汽车咨询中心网主办，中欧校友汽车产业俱乐部，嘉之道汽车咨询(上海)有限公司承办的“中国车用电机技术与应用论坛”在上海隆重举行。本次论坛将围绕新的市场机遇、电机零部件的性能改进及本身质量控制展开演讲和讨论。期待您的关注与参与。 电机零部件技术或成行业热点 由于能源紧张和环境污染日益加强，电动汽车显示出强劲的生命力，被汽车生产厂和消费者普遍看好。有资料显示，到2010年，电动汽车将占全球汽车需求量的四分之一，总量将达到2000万辆。美国通用、日本丰田、法国雪铁龙等大汽车公司都将电动汽车作为发展方向。 我国也对此高度重视，电动汽车已经被科技部列为“十五”期间国家重大攻关项目，也是“十一五”规划中发展绿色交通的重要内容之一。因此，电机产业具有巨大的市场潜力。 对于目前电机发展来说，关键零部件的技术升级对提高它的可靠性与寿命来说都是极为重要的。在中国车用电机技术与应用论坛上，中国汽车咨询中心网邀请了大洋电机、新动力科技有限公司、德尔福派克电气系统有限公司、舍弗勒集团等企业相关方面的专家，就电机内部的关键零部件以及材料的新技术进行了介绍与讨论，并分享了一系列对于提升关键零部件性能的解决方案。 永磁化为电机未来发展方向 在电动汽车电机驱动技术方面，受到车辆空间限制和使用环境的约束，电动汽车用电机驱动系统不同于普通的电传动系统，它要求性能更高、体积/重量密度更高、环境温度更高，用于普通电机驱动的电力电子与电机技术已经不能适应其要求。因此，永磁化将成为未来汽车电机的发展方向之一。 永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。采用矢量控制的变频调速系统，可使永磁电动机具有宽广的调速范围。因此，电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一。 本次论坛上，中国汽车工业协会车用电机电器委员会、长安汽车股份有限公司等企业的相关专家发表了演讲，分别对永磁电机在汽车行业的渗透率及市场潜力展望、永磁驱动电机的性能改进方式等方面进行了介绍与分析。

    时间：2013-09-17 关键词： 核心 部件 电动车 电机技术

  • 中国电动汽车电池电机技术不比外国差

     作为中国电动车示范运营的重点城市之一，北京市政府近期明确表示，将于今年年内出台针对私人购买电动车政策细则，北京电动车私人消费将迎来破冰的关键时刻。 “北京科委现在已经组织了私人购车的志愿者，开始了解他们的需求，带着这些志愿者到我们企业去参观体验，征求他们的意见，从中找出规律，怎样的政策和运营模式更符合他们的需求。” 3月18日，北京电动车示范运营重要的参与者——北汽集团新能源公司执行董事林逸表示，北京市一系列的动作对新能源汽车的发展趋于利好。 几天前，林逸刚刚参加了由工信部举办的中德电动汽车标准对接研讨会，奔驰，宝马，大众及中国的北汽，华晨，五个企业搞对接。 针对中国电动车的差距论，林逸告诉记者，“从电动车产业化的水平来看，我们跟国外确实有差距，单就电池和电机的绝对水平而言，特别是产业化规模上，我们一点不比国外差。” 传统车市场中，不会有德国企业主动找你公平的谈合作，但在电动车上就主动找你讨论，说明我们跟他们有竞争，水平大致相当了。 实际上，随着中国电动车示范运营的深化，地方政府、重点城市、重点企业对于电动车进入家庭过程中扮演的角色越发重要，北京市以及北汽集团在电动车方面的动作无疑将具有一定的示范作用。 北京市政府即将出台的私人购买电动车政策将会有什么亮点? 北京市私人购车的细则迟迟没有拿出来，我个人认为任何东西都是一把双刃剑，好处肯定是节能减排，而政府要面临多层压力，所以比较慎重是有道理的。北京市科委牵头正在制定私人购买电动汽车的实施细则，也征求过我们企业两三轮意见了。据我所知，这个细则趋于成熟。 北京今年有私人购车的计划，大概在一两千辆的规模。今年北京市总体投放五千多辆示范运营，有两千辆是出租车，就是我们现有的远郊区县这种模式，还有包括大客车和公务车等等，其中也包括私人用车。此外，政府还会组织相关的机构，比如北京电力公司来建这些基础设施。

    时间：2013-03-27 关键词： 电动汽车电池 电机技术

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