CN101212197A - 一种电动汽车变极对数交流电动机*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车变极对数交流电动机***，包括：变极对数交流电动机、换极开关、换极控制器、速度传感器、供电单元；供电单元由直流电源和变频器组成，直流电源通过变频器提供变频交流电为变极对数交流电动机供电；换极开关用于对变极对数交流电动机进行变极对数切换；速度传感器检测变极对数交流电动机的转速，并将转速信号发送给换极控制器，换极控制器根据转速大小对换极开关进行通断控制。采用本发明可以使电动机在不同转速下持续保持合适的动力特性，并减少因使用机械变速器给车身带来的额外重量及机械磨损。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电动机***，特别是涉及一种采用变极对数交流电动机***。
背景技术
现有电动汽车的交流电动机***一般采用固定极对数的交流电动机作为动力。这种方式很难确保电动汽车在低速到高速的较大速度范围内保持合适的动力特性。其原因在于，相同功率的交流电动机，在同一个低转速时，极对数多的低速扭矩大于极对数少的。在高到一定转速时，同一个高转速，极对数少的高速扭矩大于极对数多的。如图1所示的交流异步电动机的N-M(转速-扭矩)曲线，图中显示了相同功率下2对极和4对极的电动机的N-M曲线，在3200转/分以下的电动机转速条件下，4对极的电动机扭矩大于2对极的电动机扭矩；在3200转/分以上的电动机转速条件下，4对极的电动机扭矩则小于2对极的电动机扭矩。这种固定极对数的交流电动机转速-扭矩特征不能满足电动汽车在不同速度运行时的动力需要。现有一般采用机械变速器来进行变速控制，这将增加车身的重量以及产生机械磨损。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用非机械方法改善电动汽车高低速切换时电动力特性的交流电动机***。
本发明的电动汽车变极对数交流电动机***，包括：变极对数交流电动机、换极开关、换极控制器、速度传感器、供电单元；供电单元为变极对数交流电动机提供工作电源，换极开关用于对变极对数交流电动机进行变极对数切换；速度传感器检测变极对数交流电动机的转速，并将转速信号发送给换极控制器，换极控制器根据转速大小对换极开关进行通断控制。
优选的，所述的变极对数交流电动机为具有两个极对数的双极对数交流电动机，当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关的通断使双极对数交流电动机的工作极对数减少；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关的通断使双极对数交流电动机的工作极对数增多。
优选的，当双极对数交流电动机的绕组接成YY形时，采用三个换极开关：换极开关K1、换极开关K2、换极开关K3；双极对数交流电动机由第1组绕组和第2组绕组组成；第1组绕组的三个绕组的一端连接在一起构成第1星形零点，另一端与第2组绕组的三个绕组的一端分别连接并引出抽头；第2组绕组的三个绕组的另一端为输入端，用于连接换极开关；换极开关K1位于变频器与双极对数交流电动机之间，一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K2位于变频器与双极对数交流电动机之间，一端与两组绕组相接点的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K3位于双极对数交流电动机与电路中的第2星形零点之间，一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与第2星形零点相连；当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K1断开，换极开关K2、换极开关K3接通；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K1接通，换极开关K2、换极开关K3断开。
优选的，当双极对数交流电动机的绕组接成A形时，采用两个换极开关：换极开关K4、换极开关K5；双极对数交流电动机由第1组绕组和第2组绕组组成；第1组绕组由三个带有中间抽头的绕组组成抽头用于连接换极开关，按三角形连接；第2组绕组由三个绕组组成，每个绕组的一端分别连接在三角形连接的第1组绕组的三角形顶点上，另一端为输入端，用于连接换极开关；换极开关K4位于供电单元与双极对数交流电动机之间，一端与第2组绕组的三个输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K5位于供电单元与双极对数交流电动机之间，一端与第1组绕组的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连；当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K4断开，换极开关K5接通；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K4接通，换极开关K5断开。所述第1组绕组的抽头位于绕组的1/2处
采用本发明的变极对数交流电动机***具有以下技术效果：
1.电动汽车使用变极对数多速交流电动机进行有级变速，使电动汽车在速度范围内保持合适的动力特性，即使电动汽车既满足低速大扭矩的要求同时又满足高速时对扭矩的要求。
2.采用本发明可以使电动汽车不使用机械变速器而实现自动变速控制，避免使用机械变速器给车身带来的额外重量及机械磨损等。
附图说明
图1是相同功率2对极和4对极的交流电动机的N-M曲线图；
图2是本发明优选实施例中YY接法的双极对数交流电动机***原理图；
图3是本发明图2优选实施例中带驱动轮的电动车动力部分原理图；
图4是本发明优选实施例中A接法的双极对数交流电动机***原理图；
图5是本发明图4优选实施例中带驱动轮的电动车动力部分原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图对本发明进行详细说明。
如图2所示的YY接法的双极对数交流电动机***，***包括：YY接法的双极对数交流电动机，换极开关K1、换极开关K2、换极开关K3，换极控制器，速度传感器，供电单元。供电单元包括直流电源和变频器，直流电源通过变频器提供变频交流电为交流电动机供电。换极开关K1、换极开关K2位于变频器与双极对数交流电动机之间，换极开关K3位于双极对数交流电动机与电路中的第2星形零点之间，一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与第2星形零点相连；换极开关K1一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K2一端与两组绕组相接点的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连。速度传感器动态监测电动机的转速，换极控制器接收速度传感器发回的转速信号。当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K1断开，换极开关K2、换极开关K3接通，使电动机工作在极对数较少的状态；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K1接通，换极开关K2、换极开关K3断开，使电动机工作在极对数较多的状态。
如图3所示在图2的电动机***上增加传动机构和驱动车轮就构成了电动车的动力部分，双极对数交流电动机的动力通过传动机构带动驱动车轮转动，从而使电动车行驶。
如图4所示的A接法的双极对数交流电动机***，***包括：A接法的双极对数交流电动机，换极开关K4、换极开关K5，换极控制器，速度传感器，供电单元。供电单元包括直流电源和变频器，直流电源通过变频器提供变频交流电为交流电动机供电。换极开关K4、换极开关K5位于变频器与双极对数交流电动机之间，换极开关K4一端与第2组绕组的三个输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K5一端与第1组绕组的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连。速度传感器动态监测电动机的转速，换极控制器接收速度传感器发回的转速信号。当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K4断开，换极开关K5接通，使电动机工作在极对数较少的状态；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K4接通，换极开关K5断开，使电动机工作在极对数较多的状态。
如图5所示在图4的电动机***上增加传动机构和驱动车轮就构成了电动车的动力部分，双极对数交流电动机的动力通过传动机构带动驱动车轮转动，从而使电动车行驶。
如图1所示相同功率下2对极和4对极的交流电动机的N-M曲线。假设电动汽车采用的变极对数交流电动机为2对极/4对极的双极对数交流电动机，如图1所示在转速为3200转/分时进行极对数切换，可以使电动机持续获得较满意的动力特性。即当电动机的转速超过3200转/分时，切换到2对极交流电动机工作状态，当电动机的转速低于3200转/分时，切换到4对极交流电动机工作状态。此外还可以采用超过两个极对数的电动机，此时将对应有多个调速级，即电动机的转速越高通过换极控制器控制换极开关的通断选择在极对数越少的方式下工作，转速越低通过换极控制器控制换极开关的通断选择在极对数越多的方式下工作。
综上所述，本发明通过使用变极对数交流电动机，并合理及时地改变电动机的极对数，可以使电动汽车在低速到高速的一个较大的速度范围内保持合适的动力特性。
Claims (5)
1.一种电动汽车变极对数交流电动机***，其特征在于，所述***包括：电动机、换极开关、换极控制器、速度传感器、供电单元；供电单元由直流电源和变频器组成，直流电源通过变频器提供变频交流电为变极对数交流电动机供电；换极开关用于对变极对数交流电动机进行变极对数切换；速度传感器检测变极对数交流电动机的转速，并将转速信号发送给换极控制器，换极控制器根据转速大小对换极开关进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的电动汽车变极对数交流电动机***，其特征在于，所述的变极对数交流电动机为具有两个极对数的双极对数交流电动机，当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关的通断使双极对数交流电动机的工作极对数减少；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关的通断使双极对数交流电动机的工作极对数增多。
3.根据权利要求2所述的电动汽车变极对数交流电动机***，其特征在于，当双极对数交流电动机的绕组接成YY形时，采用三个换极开关：换极开关K1、换极开关K2、换极开关K3；双极对数交流电动机由第1组绕组和第2组绕组组成；第1组绕组的三个绕组的一端连接在一起构成，另一端与第2组绕组的三个绕组的一端分别连接并引出抽头；第2组绕组的三个绕组的另一端为输入端，用于连接换极开关；换极开关K1位于变频器与双极对数交流电动机之间，一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K2位于变频器与双极对数交流电动机之间，一端与两组绕组相接点的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K3位于双极对数交流电动机与电路中的第2星形零点之间，一端与第2组绕组的三个绕组的输入端相连，另一端与第2星形零点相连；当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K1断开，换极开关K2、换极开关K3接通；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K1接通，换极开关K2、换极开关K3断开。
4.根据权利要求2所述的电动汽车变极对数交流电动机***，其特征在于，当双极对数交流电动机的绕组接成A形时，采用两个换极开关：换极开关K4、换极开关K5；双极对数交流电动机由第1组绕组和第2组绕组组成；第1组绕组由三个带有中间抽头的绕组组成抽头用于连接换极开关，按三角形连接；第2组绕组由三个绕组组成，每个绕组的一端分别连接在三角形连接的第1组绕组的三角形顶点上，另一端为输入端，用于连接换极开关；换极开关K4位于供电单元与双极对数交流电动机之间，一端与第2组绕组的三个输入端相连，另一端与变频器的输出端相连；换极开关K5位于供电单元与双极对数交流电动机之间，一端与第1组绕组的三个抽头端相连，另一端与变频器的输出端相连；当双极对数交流电动机的转速超过阈值时，换极控制器控制换极开关K4断开，换极开关K5接通；当双极对数交流电动机的转速低于阈值时，换极控制器控制换极开关K4接通，换极开关K5断开。
5.根据权利要求4所述的电动汽车变极对数交流电动机***，其特征在于，所述第1组绕组的抽头位于绕组的1/2处。
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