Evs がかご形誘導電動機の需要を促進

高効率の"心臓"を想像してください 電気自動車の内部で 静かに鼓動し 複雑なブラシ構造なしで 信頼性の高い電力を供給します これはリスの檻インダクションモーター (SCIM) です工業用および電気自動車の両方で広く使用されている交流モーターこのエンジンをユニークにするのは何で どんな課題や機会に直面しているのでしょうか?

概要

松鼠ケージインダクションモーターは,シヌソイド電圧と電流で動かすブラシレス交流モーターです. シンプルな構造,低コスト,高い信頼性,耐久性,最小のトルク波動,保守の要求が低い厳しい環境で動作する能力により,産業用アプリケーションや電気推進システムに最適です.

電気自動車の用途

SCIMは,乗用車,バス,軽トラックを含むいくつかの商用電池電動車 (BEV) に実装されている.注目すべき例は,テスラS-2014,タザリゼロメルセデス・ベンツBクラス電動ドライブ マヒンドラe2o トヨタRAV4EVスミス電気自動車のニュートン軽型電動トラックとオプテールソロEV電池電動バスも3相SCIMを使用している..

作業原理と構造的特徴

アシンクロンモーターとして,SCIMは,ステータルの巻き込みによって生成される回転磁場速度とローターの速度との違いで動作する.比較的シンプルな構造は,他のモータータイプと比較して設計と製造プロセスを簡素化します常磁気モーターとは異なり,SCIMはより手頃な価格の材料を使用します.三相SCIMは最も一般的です.高相数を持つモーターは,電力の密度を向上させ,トルク波動と各相電流を削減するために開発中です.

ローターは鋳造アルミのリスケージを含み,ローターの電流はステータの回転磁場によって誘発される.このフィールドとローターの電流の磁場との相互作用は電磁トークを生成します効率は,ローターバーと端環にアルミの代わりに銅を使用することで向上できます.

性能制限と改善措置

SCIMには,低速制御が困難,軽荷重下での低功率因子,高いスタート電流,比較的低効率,低インバーター利用率を含む固有の欠点があります.負荷がない状態でも適正な制御技術により,低電源を維持しながら最大出力トルクを達成することができる.

ハブモーターのアプリケーションでは,SCIMは,空気隙間直径と出力トルクを増やすために外側のケージローターを使用することができます.特に,SCIMは,他のモータータイプと比較してトルク密度と効率が低い.空間が限られているハイブリッドまたはプラグインハイブリッド車両よりも BEV に適している最大速度は通常,10,000rpmに制限されますが,フィールド弱化技術は電動車両にとって重要な要件である常動電力の範囲を4〜5倍に拡張することができます.

制御技術

現在,様々な速度とトルク制御技術が採用されている.最もシンプルなものはスカラー制御で,電圧の大きさと周波数を調整するが,その一時的な性能は限られている.暫定反応の改善のためにセンサーのない制御方法 (速度/位置センサーを除去) が注目されている.

永久磁石モーター

永久磁石ブラシレスモーターは,ブラシレスDC (ブラシレスDC) とブラシレスAC (永久磁石同期モーターまたはPMSM) の2つのカテゴリーに分かれます.両者は永久磁石ローターを有していますが,ステータルの巻き込みの配置が異なりますBLDCモーターは,典型的には四角形相電流で駆動される,四角形バックEMFのトラペゾイド巻き込みを使用する.これは,回転ごとに6回感知位置フィードバックを使用して単純な制御方法を可能に.

PMSMは,ブラシ/スリップリング刺激巻きを永久磁石に置き換えた,ワンドローター同期モーターから進化した.それらのステーターはインダクションモーターに似ている.シヌソイド回路で,シヌソイド電流で電気を供給するシヌソイドバックEMFを生成するこれらの違いは,PMSMをEV牽引システムにより適しているようにして,モーター行動と制御アルゴリズムに大きく影響します.

永久磁石モーター設計

ほとんどのPMSMは半径流体設計を使用しているが,軸流体構成は,特定の電源範囲,特にハブモーターアプリケーションにおいて,トルク対慣性比と電源密度の利点を提供します.稀土磁石 は 優良 な 磁気 特性 に よっ て EV の 推進 システム を 支配 し て い ます高効率のPMSMは,より低い磁石グレードで設計することができます.

希少土のPMSMは,高電力/トルク密度,同期速度操作,高効率,正確なトルク制御,およびメンテナンスフリー操作を含む魅力的な特性があります.制限には,フィールド弱化能力が制限されている (特に表面に搭載された PMSM)メカニカルショック,高温,またはショートサーキットの影響による磁気消化リスクは,安全性と障害耐性が重要な懸念事項となっています.

スイッチされた抵抗モーター

スイッチドレクトランスモーター (Switched Reluctance Motors, SRM) は,ブラシなしの機械で,2倍突出した構造を持つ.ローターとステータの両方が突出したポールを持っています.ステータにはDCモーターに似た集中巻き込みが含まれています.ローターには巻きも磁石もないローターの動きは,電子制御によるステータスポールに連続的に電力を供給することによって維持されます.

SRMは,複雑なロータ構造のため,シンプルで低コストで製造が容易である.恒定電源の速度範囲を拡張する (最大7:1) 歯車なしのEVドライブに最適ローターの慣性も低いし,スタートトルクも高く,加速も速い.しかし,固有の制限には,トークの波動,振動,音響ノイズ,高非線形性による複雑な制御が含まれます.,鉄の損失が大きいため効率が低下します

流体交換モーター

フルクススイッチモーター (FSM) は,牽引用アプリケーションのために研究されている2倍顕著なブラシのない機械です.そのステータには,DC興奮巻きとAC armature巻きの両方が含まれます (通常は3相)SRM に比べて振動/ノイズを減少させる.ローターのシンプルさは,高速運転に適したFSMを堅牢なものにする.

FSM変種には,巻き込み刺激型 (WFFSM),永久磁石型 (PMFSM),ハイブリッド刺激型 (HEFSM) が含まれる.WFFSMは,DC回転制御によってこの点で優れている.FSM の魅力的な特徴には,構造的なシンプルさ,高空気隙間流密度 (高電力/トルク密度) と厳しい環境での耐久性が含まれます.欠点には,より高い銅損失と固有のトルクリップが含まれます.

シンクロン・レラクタンスモーター

同期抵抗モーター (SynRM) は,三相交流電源で同期的に動作する.それらのラミネートローターは導体も磁石も含まないのでローターの損失を最小限に抑える.トークは磁気抵抗からのみ生じる磁気流は,高出力比 (Ld/Lq) を必要とする.多流量バリアのローター設計は,正方軸流をブロックしながら磁気流を導きます.

SynRMは,インダクションモーターと比較して製造の簡素性と競争力のあるパワーファクター/インバーター要件を提供しているが,効率とトルク密度においてPMSMに劣っている.精巧な流れバリア設計は,トルク波動問題を軽減することができます現在,いくつかのメーカーが産業用グレードの SynRM を提供しており,最近のプロトタイプはEVアプリケーションのために開発されています.

恒久磁石による同期抵抗モーター

SynRMローターに磁石を挿入することで,PMa-SynRMはEV駆動用の有望な候補となる.この機械は,ロータの流れ障壁にフェライト磁石を埋め込み,突出率を高める磁石の極度が正方位軸の流れを計測し,Lqを最小化し,Ld/Lq比を最大化することで,不動性トルク (アライナメントトルクに優れている) を強化する.

PMa-SynRMは,PMと抵抗モーターの利点:高効率,密度,パワーファクター,速度範囲を組み合わせます.稀土磁石の代わりに低コストのフェライトを使用することで,低磁石化リスクとバックEMFを削減しながら,コスト/供給の懸念を解決します.ローターの設計は,磁気突出を最適化するために,埋め込まれたフェライトのための多層空洞を使用します.フェライトベースのPMa-SynRMプロトタイプの開発が継続.

モーター性能比較

モータータイプ (SRM,WFFSM,PMFSM,PMa-SynRM,PMSM,SCIM) を評価する際,どの候補もすべての指標で他の候補者を明らかに上回らない.主要な考慮事項には,トルクリップ,騒音/振動製造可能性,頑丈性,障害耐性,常動電力の範囲,制御の複雑性特殊なアプリケーション要求と最適なモーター特性との相性のために包括的な分析が必要です..