高品質超低電壓智能定子驅動電機的研究

高品質超低電壓智能定子驅動電機的研究

列支敦士登的Nano Flowcell公司生產了一款名為QUANTiNO的超低電壓原型車，該車采用的電機工作電壓為48V、功率為20kW，通過4臺獨立的電機驅動汽車，但該超低電壓電機的效率較低且質量較重。因此，本研究對傳統(tǒng)電機進行修改，在保證電機輸出轉矩和輸出功率的前提下，提出了一種可實現(xiàn)超低電壓驅動的車用電機，即智能定子驅動（ISCAD）電機。

基于一臺車用單相感應電機進行ISCAD電機的設計。將實心鋁棒替代原銅線繞組轉子，并將原定子替換為通用的鼠籠式轉子，將單相電機改造為多相電機。由于電機相位的增加，因此導致變頻器的控制自由度增加。為保證電機工作時能夠形成穩(wěn)定的氣隙磁場，采用金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFETs）代替原變頻器中的隔離柵兩極晶體管（IGBTs）。采用MOSFETs變頻器不僅能保證氣隙磁場的穩(wěn)定，而且能夠根據(jù)汽車轉矩和速度需求不斷調整ISCAD電機的級數(shù)，實現(xiàn)一個電齒輪箱的功能。對ISCAD電機的性能進行驗證時，采用3D打印技術制造出電機原型，動力源采用串聯(lián)12個額定電壓為4V的鋰電池電池組。在電機臺架上進行模擬試驗，整車質量（包含乘員）為2100kg、正面迎風面積2.34m2、空氣阻力系數(shù)0.24、摩擦因數(shù)0.015。循環(huán)工況采用新歐洲綜合循環(huán)工況（NEDC）和全球輕型汽車測試循環(huán)工況（WLTC）。試驗結果表明：①與修改前的單相感應電機相比，ISCAD電機在NEDC循環(huán)下電機功率損失減少28%，在WLTC循環(huán)下減少19%；②對于整車功率損失，NEDC循環(huán)下減少了25%，WLTC循環(huán)下減少20%。

AdrianPatzaketal.SAE

2016-01-1179.

編譯：李臣