EVs ขับเคลื่อนความต้องการสําหรับมอเตอร์สกอร์เรลเคจอินดูชั่น

ลองจินตนาการถึง "หัวใจ" ที่มีประสิทธิภาพสูง ที่เต้นเงียบๆ ภายในรถไฟฟ้า ที่ให้พลังงานที่น่าเชื่อถือ โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างแปรงที่ซับซ้อนเครื่องยนต์แอลเอซีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและรถไฟฟ้าแต่สิ่งที่ทําให้เครื่องยนต์นี้เป็นพิเศษ และมันเผชิญกับปัญหาและโอกาสอะไร

ภาพรวม

เครื่องยนต์อินดูชั่นกรงกระรอกเป็น เครื่องยนต์ออนไลน์แบบไม่มีแปรง ที่ใช้แรงดันและกระแสไฟฟ้าแบบไซนูโซอิดล์ สร้างง่าย ราคาถูก ความน่าเชื่อถือสูง ทนทานความต้องการในการบํารุงรักษาที่ต่ําและความสามารถในการทํางานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงทําให้มันเหมาะสมสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า

การใช้งานรถไฟฟ้า

SCIMs ได้ถูกนําไปใช้ในหลายรถไฟฟ้าแบตเตอรี่ที่มีในทางการค้า (BEVs) รวมถึงรถโดยสาร รถบัส และรถบรรทุกเบาทาซารี 0, Mercedes-Benz B-Class Electric Drive, Mahindra e2o และ Toyota RAV4 EV นอกจากนี้รุ่นแรกของรถบรรทุกไฟฟ้าเบา Newton ของ Smith Electric Vehicles และรถบัสไฟฟ้าแบตเตอรี่ Optare Solo EV ยังใช้ SCIM สามเฟส.

หลักการทํางานและลักษณะโครงสร้าง

ในฐานะมอเตอร์ที่ไม่สมองกัน SCIM ใช้งานด้วยความแตกต่างระหว่างความเร็วของสนามแม่เหล็กที่หมุนที่เกิดจากการล่อ stator และความเร็วของ rotorโครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่ายทําให้กระบวนการออกแบบและการผลิตง่ายเทียบกับชนิดมอเตอร์อื่น ๆไม่เหมือนกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร SCIMs ใช้วัสดุที่คุ้มค่ากว่าเครื่องยนต์ที่มีจํานวนเฟสที่สูงกว่า กําลังถูกพัฒนาเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและลดแรงหมุนและกระแสในแต่ละเฟส.

รอเตอร์มีกรงหมึกอลูมิเนียมเหล็กเหล็กที่มีกระแสของรอเตอร์ที่ถูกผลักดันโดยสนามแม่เหล็กหมุนของสเตตอร์การปฏิกิริยาระหว่างสนามนี้และสนามแม่เหล็กของปัจจุบันหมุนสร้างแรงหมุนไฟฟ้าแม่เหล็กประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นโดยการใช้ทองแดงแทนอะลูมิเนียมสําหรับสตาร์โรเตอร์และแหวนปลาย

การจํากัดการทํางานและมาตรการปรับปรุง

SCIM มีข้อเสียที่เน้นอยู่ในตัวรวมถึงการควบคุมความเร็วต่ําที่ยากลําบาก, ปัจจัยพลังงานต่ําภายใต้ภาระเบา, กระแสเริ่มต้นสูง, ประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ํา, และการใช้งานอินเวอร์เตอร์ที่ไม่ดีแม้ในสภาพไม่มีภาระ, กระแสแม่เหล็กเพิ่มความสูญเสียทองแดงและการจัดอันดับของเครื่องแปลงอิเล็กทรอนิกส์ เทคนิคการควบคุมที่เหมาะสมสามารถบรรลุแรงหมุนเริ่มต้นสูงสุดโดยรักษากระแสเริ่มต้นต่ํา

สําหรับแอพลิเคชั่นของมอเตอร์ฮับ SCIMs สามารถใช้หมุนนอกกรงเพื่อเพิ่มกว้างช่องว่างอากาศและแรงหมุนออก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง SCIMs มีความหนาแน่นแรงหมุนและประสิทธิภาพต่ํากว่าชนิดมอเตอร์อื่น ๆทําให้มันเหมาะสมสําหรับ BEVs มากกว่ารถยนต์ไฮบริดหรือ plug-in hybrid ที่มีข้อจํากัดพื้นที่ความเร็วสูงสุดมักจํากัด 10,000 รอบ / นาที แม้เทคนิคการลดความอ่อนแอสนามสามารถขยายช่วงกําลังคงที่ไปถึง 4-5 เท่าของความเร็วพื้นฐาน

เทคโนโลยีควบคุม

ปัจจุบันมีการใช้เทคนิคการควบคุมความเร็วและทอร์คต่าง ๆ. เทคนิคที่เรียบง่ายที่สุดคือการควบคุมสเกลาร์ ซึ่งปรับขนาดและความถี่ของแรงดัน แม้ว่าผลงานชั่วคราวของมันจะจํากัดสําหรับการตอบสนองระยะสั้นที่ดีขึ้น, การควบคุมที่ตั้งอยู่บนสนาม (FOC) และการควบคุมทอร์คโดยตรง (DTC) กําลังถูกนําไปใช้ ขณะที่วิธีการควบคุมที่ไม่มีเซนเซอร์ (กําจัดเซนเซอร์ความเร็ว/ตําแหน่ง) กําลังได้รับความสนใจ

เครื่องยนต์แม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ที่ไม่มีแปรงของแม่เหล็กถาวรแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ DC ที่ไม่มีแปรง (BLDC) และ มอเตอร์ AC ที่ไม่มีแปรง (มอเตอร์ซินครอนของแม่เหล็กถาวร หรือ PMSM)การจัดสรรการล่อ stator ของพวกเขาแตกต่างกัน. มอเตอร์ BLDC ใช้ลวดแบบ trapezoidal กับ trapezoidal back-EMF โดยปกติใช้ไฟฟ้าโดยกระแสระยะสี่เหลี่ยมนี้ทําให้วิธีการควบคุมที่ง่ายดายโดยใช้การตอบสนองตําแหน่งตรวจจับหกครั้งต่อการหมุน.

PMSM พัฒนาการจากมอเตอร์ซินครอน์ส รอเตอร์แผล, การแทนที่แปรง / แหวนสลิส-แหวนการตื่นเต้นลวดด้วยแม่เหล็กดัน. stators ของพวกเขาคล้ายกับมอเตอร์ induktionมีวงกลมแบบซีนูโซเอลด์ ที่ผลิตซีนูโซเอลด์ แบ็ค-เอเอ็มเอฟ โดยการขับเคลื่อนโดยกระแสไฟฟ้าแบบซีนูโซเอลด์ความแตกต่างเหล่านี้มีผลกระทบต่อพฤติกรรมของมอเตอร์และอัลกอริทึมการควบคุมอย่างสําคัญ ทําให้ PMSM เหมาะสมกับระบบการดึง EV

การออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ขณะที่ PMSM ส่วนใหญ่ใช้การออกแบบกระแสเชิงรังสี, การปรับแต่งกระแสเชิงแกนนําเสนอข้อดีในการสัมพันธ์โค้ง-ความอ่อนแอและความหนาแน่นของพลังงานสําหรับช่วงพลังงานบางอย่าง, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพลิเคชั่นมอเตอร์ฮับ.แม็กเนตดินหายากครองระบบขับเคลื่อน EV เนื่องจากคุณสมบัติแม่เหล็กที่เหนือกว่า, แม้ว่า PMSM ที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถออกแบบด้วยคุณภาพแม่เหล็กต่ํากว่า

PMSM แผ่นดินหายากมีลักษณะที่น่าสนใจรวมถึงความหนาแน่นของพลังงาน / ทอร์คสูง, การทํางานความเร็วร่วมกัน, ประสิทธิภาพสูง, การควบคุมทอร์คที่แม่นยํา, และการทํางานไร้การบํารุงรักษาข้อจํากัดรวมถึงความสามารถในการลดความอ่อนแอสนามที่จํากัด (โดยเฉพาะใน PMSM ที่ติดตั้งบนพื้นผิว)ความเสี่ยงของการลดแม่เหล็กจากแรงกระแทกทางกล อุณหภูมิสูงหรือผลการตัดวงจรสั้น

เครื่องยนต์อัดสลับ

เครื่องยนต์สวิตช์รีลักเทนซ์ (SRM) เป็นเครื่องยนต์ไร้แปรงที่มีโครงสร้างเด่นเป็นสองเท่า rotor และ stator มีเสาธรเด่นขณะที่โรเตอร์ไม่มีการล่อหรือแม่เหล็กการเคลื่อนไหวของโรเตอร์ถูกรักษาโดยการให้พลังงานต่อกันกับเสาสแตตอร์ผ่านการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์

SRM ให้ความเรียบง่าย ราคาถูก และการผลิตง่าย เนื่องจากโครงสร้างโรเตอร์ที่ไม่ซับซ้อน1) อุดมสมบูรณ์สําหรับการขับเคลื่อน EV ที่ไม่มีเกียร์, อินเนอร์เซียโรเตอร์ต่ํา, ทอมปอร์ตเริ่มต้นสูง, และเร่งเร็ว. อย่างไรก็ตามข้อจํากัดที่เกิดขึ้นโดยเฉพาะตัวรวมถึงการคลื่นของทอมปอร์ตที่สําคัญ, การสั่นสะเทือน, เสียงเสียง, การควบคุมที่ซับซ้อนเนื่องจากความไม่ตรงข้ามสูง,และมีประสิทธิภาพต่ํากว่า จากการสูญเสียเหล็กที่สูงขึ้น

เครื่องยนต์สลับไฟล์ซ์

เครื่องยนต์สลับความเร็ว (FSM) เป็นเครื่องยนต์ไร้แปรงที่โดดเด่นเป็นสองเท่าที่กําลังถูกวิจัยสําหรับการใช้งานในการลากสเตอเตอร์ของพวกมันมีทั้งเครื่องลวดกระตุ้น DC และเครื่องลวดอาร์เมทช์ AC (มักมีสามเฟส), ลดความสั่นสะเทือน / เสียงเมื่อเทียบกับ SRM ความเรียบง่ายของหมุนทําให้ FSMs แข็งแรงสําหรับการทํางานความเร็วสูง

รูปแบบของ FSM ได้แก่ รูปแบบที่กระตุ้นโดยการล่อ (WFFSM), มักเนตถาวร (PMFSM) และชนิดที่กระตุ้นโดยไฮบริด (HEFSM)WFFSMs ยอดเยี่ยมในเรื่องนี้ผ่านการควบคุมการล่อ DCลักษณะที่น่าสนใจของ FSM ได้แก่ ความเรียบง่ายทางโครงสร้าง ความหนาแน่นของกระแสอากาศที่สูง (ผลิตความหนาแน่นของพลังงาน / ทอร์คสูง) และความแข็งแรงสําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงข้อเสียรวมถึงการสูญเสียทองแดงที่สูงขึ้นและความคลื่นของทอร์ค.

เครื่องยนต์เรตคันซินโครน

เครื่องยนต์สอดคล้อง (SynRM) ทํางานร่วมกันผ่านพลังงาน AC สามเฟส เครื่องยนต์ยนต์ยนต์ยนต์ยนต์ยนต์ยนต์ยนต์ทอร์คมาจากความไม่อยากของแม่เหล็กเท่านั้น, จําเป็นต้องมีอัตราการเด่นสูง (Ld / Lq) สําหรับผลงานที่ดีที่สุด. การออกแบบหมุนหลอกหลายแหล่งหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอดหลอด

SynRM ให้ความเรียบง่ายในการผลิตและความต้องการของปัจจัยพลังงาน / อินเวอร์เตอร์ที่มีการแข่งขันเมื่อเทียบกับมอเตอร์อินดูชั่น แม้ว่ามันจะตามหลัง PMSM ในประสิทธิภาพและความหนาแน่นของโค้งการออกแบบกั้นการไหลเวียนอย่างรอบคอบสามารถบรรเทาปัญหาของแรงหมุนผู้ผลิตหลายคนในปัจจุบันนําเสนอ SynRM ระดับอุตสาหกรรม โดยมีต้นแบบที่พัฒนาใหม่สําหรับการใช้งาน EV

เครื่องยนต์ยืดยาวที่รองรับจากแม่เหล็กถาวร

การใส่แม่เหล็กเข้าไปในหมุน SynRM สร้าง PMa-SynRM ผู้นําผู้สมัครที่น่าหวังสําหรับการขับเคลื่อน EVเครื่องจักรพวกนี้ใส่แม่เหล็กเฟอริตในขั้วรอเตอร์ เพื่อเพิ่มอัตราการเด่นความขั้วของแม่เหล็กจะชะลอการไหลของแกนสี่เหลี่ยม ลด Lq และเพิ่มสัดส่วน Ld / Lq ให้มากที่สุดเพื่อเพิ่มทอร์คการไม่ยอมรับ (ซึ่งมีอํานาจเหนือทอร์คการสอดคล้อง)

PMa-SynRMs รวมผลกําไรของพีเอ็มและมอเตอร์ความไม่อยาก: ประสิทธิภาพสูง, ความหนาแน่น, ปัจจัยพลังงาน, และระยะความเร็วการใช้ฟอริตราคาถูกแทนแม่เหล็กดินหายากแก้ปัญหาเรื่องค่าใช้จ่าย / จําหน่ายในขณะที่ลดความเสี่ยงของการลดแม่เหล็กและการออกแบบโรเตอร์ใช้ช่องหลุมหลายชั้นสําหรับเฟอริตที่ฝังไว้ เพื่อปรับปรุงความเด่นของแม่เหล็กความพยายามในการพัฒนายังคงต่อเนื่องในรูปแบบต้นแบบ PMa-SynRM ที่ใช้ฟอริท.

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของมอเตอร์

เมื่อประเมินชนิดมอเตอร์ (SRM, WFFSM, PMFSM, PMa-SynRM, PMSM และ SCIM) ไม่มีผู้สมัครคนเดียวที่มีผลงานดีกว่าคนอื่นในทุกเมตรเสียง/สั่นสะเทือน, การผลิต, ความแข็งแกร่ง, ความอดทนต่อความผิดพลาด, ระยะกําลังคงที่, และความซับซ้อนของการควบคุมต้องการการวิเคราะห์ที่ครบถ้วน เพื่อให้ความต้องการการใช้งานเฉพาะเจาะจงตรงกับลักษณะของมอเตอร์ที่ดีที่สุด.