高品质超低电压智能定子驱动电机的研究

高品质超低电压智能定子驱动电机的研究

列支敦士登的Nano Flowcell公司生产了一款名为QUANTiNO的超低电压原型车，该车采用的电机工作电压为48V、功率为20kW，通过4台独立的电机驱动汽车，但该超低电压电机的效率较低且质量较重。因此，本研究对传统电机进行修改，在保证电机输出转矩和输出功率的前提下，提出了一种可实现超低电压驱动的车用电机，即智能定子驱动（ISCAD）电机。

基于一台车用单相感应电机进行ISCAD电机的设计。将实心铝棒替代原铜线绕组转子，并将原定子替换为通用的鼠笼式转子，将单相电机改造为多相电机。由于电机相位的增加，因此导致变频器的控制自由度增加。为保证电机工作时能够形成稳定的气隙磁场，采用金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）代替原变频器中的隔离栅两极晶体管（IGBTs）。采用MOSFETs变频器不仅能保证气隙磁场的稳定，而且能够根据汽车转矩和速度需求不断调整ISCAD电机的级数，实现一个电齿轮箱的功能。对ISCAD电机的性能进行验证时，采用3D打印技术制造出电机原型，动力源采用串联12个额定电压为4V的锂电池电池组。在电机台架上进行模拟试验，整车质量（包含乘员）为2100kg、正面迎风面积2.34m2、空气阻力系数0.24、摩擦因数0.015。循环工况采用新欧洲综合循环工况（NEDC）和全球轻型汽车测试循环工况（WLTC）。试验结果表明：①与修改前的单相感应电机相比，ISCAD电机在NEDC循环下电机功率损失减少28%，在WLTC循环下减少19%；②对于整车功率损失，NEDC循环下减少了25%，WLTC循环下减少20%。

AdrianPatzaketal.SAE

2016-01-1179.

编译：李臣