純電気自動車の構造と設計は、従来の内燃機関駆動車とは異なり、複雑なシステムエンジニアリングでもあります。最適な制御プロセスを実現するために、動力電池技術、モーター駆動技術、自動車技術、そして現代の制御理論を統合する必要があります。国は電気自動車科学技術の発展計画において、「三縦三横」の研究開発レイアウトを堅持し、「純電気駆動」の技術転換戦略に基づき、「三横」の共通キー技術、すなわち駆動モーターとその制御システム、動力電池とその管理システム、そしてパワートレイン制御システムの研究をさらに重視しています。各主要メーカーは、国家発展戦略に基づき、独自の事業展開戦略を策定しています。
著者は、新エネルギーパワートレインの開発プロセスにおける主要技術を整理し、パワートレインの設計、試験、そして製造のための理論的根拠と参考資料を提供しています。本書は3章に分かれており、純電気自動車のパワートレインにおける電動駆動の主要技術を分析しています。本稿ではまず、電動駆動技術の原理と分類についてご紹介します。
図1 パワートレイン開発における主要なリンク
現在、純電気自動車のパワートレインの中核となる主要技術には、次の 4 つのカテゴリが含まれます。
図2 パワートレインのコアキーテクノロジー
駆動モーターシステムの定義
車両の動力バッテリーの状態と車両の動力需要に応じて、車載エネルギー貯蔵発電装置から出力される電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、伝達装置を介して駆動輪に伝達します。また、車両のブレーキ時には、車両の機械エネルギーの一部が電気エネルギーに変換され、エネルギー貯蔵装置にフィードバックされます。電動駆動システムは、モーター、伝動機構、モーターコントローラーなどのコンポーネントで構成されています。電動駆動システムの技術パラメータの設計には、主に出力、トルク、速度、電圧、減速比、電源容量、出力電力、電圧、電流などが含まれます。
1) モーターコントローラー
インバーターとも呼ばれ、パワーバッテリーパックからの直流入力を交流に変換する装置です。主要コンポーネント：
◎ IGBT：パワーエレクトロニクススイッチ。原理：コントローラを介してIGBTブリッジアームを制御し、特定の周波数でスイッチをオン／オフすることで三相交流電流を生成します。パワーエレクトロニクススイッチのオン／オフを制御することで、交流電圧を変換し、デューティサイクルを制御することで交流電圧を生成します。
◎フィルム容量：フィルタリング機能；電流センサー：三相巻線の電流を検出します。
2) 制御・駆動回路：コンピュータ制御基板、IGBT駆動
モーターコントローラーの役割は、DCをACに変換し、各信号を受信し、対応する電力とトルクを出力することです。コアコンポーネント：パワーエレクトロニクススイッチ、フィルムコンデンサ、電流センサー、制御駆動回路は、異なるスイッチを開き、異なる方向に電流を形成し、交流電圧を生成します。したがって、正弦波交流電流を長方形に分割できます。長方形の面積は同じ高さの電圧に変換されます。x軸はデューティサイクルを制御することで長さの制御を実現し、最終的に面積の等価変換を実現します。このようにして、DC電源を制御し、特定の周波数でIGBTブリッジアームを閉じ、コントローラーを介してスイッチをシーケンスすることで、三相交流電力を生成できます。
現在、駆動回路の主要部品は輸入に依存しています。コンデンサ、IGBT/MOSFETスイッチチューブ、DSP、電子チップ、集積回路は自主生産できますが、能力が弱いです。特殊回路、センサー、コネクタは自主生産できますが、電源、ダイオード、インダクタ、多層回路基板、絶縁電線、放熱器も輸入に依存しています。
3) モーター：三相交流を機械に変換する
◎構造：フロントおよびリアエンドカバー、シェル、シャフト、ベアリング
◎磁気回路：ステータコア、ローターコア
◎ 回路：固定子巻線、回転子導体
4) 送信装置
ギアボックスまたは減速機は、モーターによって出力されるトルク速度を、車両全体に必要な速度とトルクに変換します。
駆動モーターの種類
駆動モーターは以下の4つのカテゴリーに分類されます。現在、新エネルギー電気自動車では、交流誘導モーターと永久磁石同期モーターが最も一般的なタイプです。そこで、私たちは交流誘導モーターと永久磁石同期モーターの技術に焦点を当てています。
| DCモーター | AC誘導モーター | 永久磁石同期モータ | スイッチドリラクタンスモータ | |
| アドバンテージ | 低コスト、制御システムの要件が低い | 低コスト、広い電源範囲、開発された制御技術、高い信頼性 | 高電力密度、高効率、小型 | シンプルな構造、制御システムの要件が低い |
| デメリット | メンテナンスの必要性が高い、速度が低い、トルクが低い、寿命が短い | 有効面積が小さい低電力密度 | コストが高い 環境適応性が低い | トルク変動が大きい作動音が大きい |
| 応用 | 小型またはミニ低速電気自動車 | 電気ビジネス車両および乗用車 | 電気ビジネス車両および乗用車 | 混合動力車 |
1)交流誘導非同期モータ
交流誘導非同期モータの動作原理は、巻線がステータのスロットとローターを通過することです。ローターは、高磁気伝導率の薄い鋼板で積み重ねられています。三相電気が巻線を通過します。ファラデーの電磁誘導の法則に従って、回転磁界が発生し、これがローターが回転する理由です。ステータの3つのコイルは120度間隔で接続され、電流を流す導体はそれらの周囲に磁界を生成します。この特殊な配置に三相電源を適用すると、特定の時間に交流電流が変化すると、磁界が異なる方向に変化し、均一な回転強度の磁界が生成されます。磁界の回転速度は同期速度と呼ばれます。内部に閉じた導体を配置すると、ファラデーの法則に従って、磁界が可変であるため、ループが起電力を感知し、ループに電流が発生します。この状態は、磁場中の電流ループがループに電磁力を発生させ、環江が回転し始めるのと同じです。かごに似たものを利用して、三相交流電流が固定子を通して回転磁場を発生させ、端環によって短絡されたかご棒に電流が誘導され、回転子が回転し始めるため、このモーターは誘導モーターと呼ばれます。電磁誘導の助けを借りて、回転子に直接電気を誘導するのではなく、回転子内に絶縁鉄心片を充填することで、小さな鉄心サイズが最小限の渦電流損失を保証します。
2) 交流同期モータ
同期モータのローターは非同期モータとは異なります。ローターには永久磁石が取り付けられており、表面実装型と埋め込み型に分けられます。ローターはシリコン鋼板で作られ、永久磁石が埋め込まれています。ステーターにも120°位相差の交流電流が接続されており、正弦波交流電流の大きさと位相を制御することで、ステーターが発生する磁場とローターが発生する磁場が逆方向に作用し、磁場が回転します。このように、ステーターは磁石に引き寄せられ、ローターと共に回転します。ステーターとローターの吸着により、周期的な回転運動が発生します。
結論：電気自動車のモーター駆動は基本的に主流となっていますが、単一ではなく多様化しています。各モーター駆動システムには独自の総合指標があり、既存の電気自動車駆動システムに適用されています。その多くは非同期モーターと永久磁石同期モーターですが、一部はスイッチングリラクタンスモーターを試しています。注目すべきは、モーター駆動はパワーエレクトロニクス技術、マイクロエレクトロニクス技術、デジタル技術、自動制御技術、材料科学などの分野を統合し、複数の分野の包括的な応用と発展の見通しを反映していることです。これは電気自動車モーターの強力な競争相手です。将来の電気自動車で地位を占めるためには、あらゆる種類のモーターがモーター構造を最適化するだけでなく、制御システムのインテリジェント化とデジタル化を絶えず探求する必要があります。
投稿日時: 2023年1月30日
