電動(dòng)車用電機(jī)的發(fā)展趨勢
鄭萍 崔淑梅 宋立偉 宋凱 劉洪灝 李旺
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001)
【摘 要】結(jié)合電動(dòng)車的發(fā)展過程及北京電動(dòng)車會(huì)議，討論電動(dòng)車用電機(jī)的發(fā)展趨勢，并簡要論述電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)方式的發(fā)展趨勢。
1 引 言
電動(dòng)車的發(fā)展史是螺旋上升的歷史。從1834年美國人達(dá)溫坡特(davenport)在布蘭頓城街上演示他自己制造的小電池車開始，電動(dòng)車逐漸發(fā)展達(dá)到興盛。19世紀(jì)末，汽車制造成功，由于汽車的性能遠(yuǎn)高于電動(dòng)車，使電動(dòng)車受到排擠。20世紀(jì)60年代，汽車已成為城市主要污染源，70年代出現(xiàn)了石油危機(jī)，這使電動(dòng)車重又得到重視。各國政府開始制定法規(guī)研制電動(dòng)車�，F(xiàn)在，汽車工業(yè)已發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車已成為人們生活中不可缺少的一部分；但同時(shí)，汽車給城市造成了嚴(yán)重的污染，而且全球已探明石油資源僅能開發(fā)使用40多年。因此，研究高性能的電動(dòng)車以替代汽車是歷史的必然。目前，世界電動(dòng)車的發(fā)展已由試運(yùn)行向推廣應(yīng)用方向過渡：日本從1996年開始向國內(nèi)用戶銷售商品車，美國從1997年開始向美國用戶銷售商品車。中國的電動(dòng)車目前處于研制階段。為了促進(jìn)國際廣泛的交流與合作，國家科委和機(jī)械工業(yè)部在1996年12月6～15日舉辦了1996北京國際電動(dòng)汽車及代用燃料汽車技術(shù)交流、研討會(huì)暨展覽會(huì)。就電動(dòng)車發(fā)展中的各種問題進(jìn)行了探討。同時(shí)，國內(nèi)外的汽車生產(chǎn)廠家及國內(nèi)的一些大專院校、科研單位展出了自己研制的電動(dòng)車。本次會(huì)議反映了電動(dòng)車的一些****研究成果，從中也可以看出電動(dòng)車用電機(jī)的發(fā)展趨勢。
2制約電動(dòng)車發(fā)展的關(guān)鍵
以電動(dòng)車與傳統(tǒng)的燃油汽車進(jìn)行比較，相當(dāng)于以電池代替燃油，以電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)。由于電池的能量密度(單位重量儲(chǔ)存的能量，wh／kg)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃油，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的性能又不能直接適用于電動(dòng)車，因此，電池和電動(dòng)機(jī)既是電動(dòng)車的核心，同時(shí)又是制約電動(dòng)車發(fā)展的關(guān)鍵。
3 電動(dòng)車用電機(jī)的發(fā)展趨勢
雖然各種各樣的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)早已研究得很成熟，但它們并不能直接適用于電動(dòng)車，因?yàn)殡妱?dòng)車有其特有的運(yùn)行特點(diǎn)，所以所用的電動(dòng)機(jī)必須滿足這些特點(diǎn)才能獲得高性能。
3．1電動(dòng)車的特點(diǎn)
電動(dòng)車最顯著的特點(diǎn)是頻繁的起停、加減速，而不是運(yùn)行于某一恒速下。近期，電動(dòng)車主要用于在污染比較嚴(yán)重的大中城市市區(qū)固定路線行駛和某些特殊場合，如機(jī)場、車站、碼頭、倉庫、遂道和旅游區(qū)域等地方。人們對(duì)電動(dòng)車的1次充電行駛距離和****時(shí)速有一定要求，但要求不是很高。一般1次充電行駛50～100km，****時(shí)速在100km／h以內(nèi)就可滿足要求。從長遠(yuǎn)看，電動(dòng)車要取代燃油汽車，它的性能必須可與燃油汽車相比，所以它的1次充電行駛距離和****時(shí)速都要大大提高。另外，可靠性和價(jià)格也是人們比較關(guān)注的問題。
3．2電動(dòng)車用電機(jī)應(yīng)具備的特點(diǎn)
基于電動(dòng)車的特點(diǎn)，對(duì)所用的電動(dòng)機(jī)就應(yīng)有一定的要求。為了提高****時(shí)速，電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較高的瞬時(shí)功率和功率密度(w／kg)。為了提高1次充電行駛距離，電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較高的效率，而且電動(dòng)車是變速工作的，所以電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較高的高低速綜合效率。電動(dòng)車起動(dòng)和爬坡時(shí)速度較低，但要求力矩較大；正常運(yùn)行時(shí)需要的力矩較小，而速度很高，故用于電動(dòng)車的電機(jī)的典型機(jī)械特性曲線如附圖所示。即在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩特性，高速時(shí)為恒功率特性，且電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度范圍應(yīng)該較寬。另外，電動(dòng)機(jī)應(yīng)堅(jiān)固、可靠，且價(jià)格較低。
3．3電動(dòng)車用電機(jī)的發(fā)展趨勢
在電動(dòng)車發(fā)展初期，多采用直流電動(dòng)機(jī)。在試制大客車時(shí)用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，在小客車及小貨車上用并勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。隨著永磁材料的發(fā)展，永磁直流電動(dòng)機(jī)也有所應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是有比較好的控制特性。但它重量大，效率低，價(jià)格貴，而且由于電刷和滑環(huán)的存在，需要維護(hù)，電刷磨損又會(huì)造成不安全工作。因此，隨著電力電子器件的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)逐漸成熟，直流電動(dòng)機(jī)逐漸被交流電動(dòng)機(jī)所取代。這次會(huì)議參展的電動(dòng)機(jī)也以使用交流電動(dòng)機(jī)為主。
異步電動(dòng)機(jī)以其低費(fèi)用、高可靠性、高速、低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)／噪聲和不用位置傳感器等優(yōu)點(diǎn)而首先被選用，矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)更以其優(yōu)異的性能成了電動(dòng)車的第一選擇。本次參展的美國通用汽車公司的evl、福特汽車公司的ranger ev以及國內(nèi)遠(yuǎn)望公司的電動(dòng)客車都采用了異步電動(dòng)機(jī)。以．evl為例，其性能見附表，evl是曾在1990年芝加哥汽車博覽會(huì)上引起轟動(dòng)的“沖擊”(impact)概念車的商品化車�？梢钥闯�，它的續(xù)駛里程和****時(shí) |
