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AST自动同步换档,装置电动车爬坡助手
来源:电动车商情网    2009-6-23 17:01:30
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[提要] “AST自动同步换档装置”是一种国际最新汽车变速装置,其技术优势远超我国现有最先进变速系统的863计划项目 “AMT汽车机械变速器自动/手动操纵系统”。

  上海智御动力技术有限公司自行研发的“变速电机”技术是本公司“AST自动同步换档装置”的衍生产品。“AST自动同步换档装置”是一种国际最新汽车变速装置,其技术优势远超我国现有最先进变速系统的863计划项目 “AMT汽车机械变速器自动/手动操纵系统”。

  现有技术中的电动机主要由电机外壳、定子和转子组成,转速和扭矩一般不可变。当用现有的电动机装配成电动自行车时,因其无法实现扭矩多倍增的爬坡要求,一旦遇到坡道或山路基本无法上去,起步困难,因此给使用者带来不便,这也就是现有电动自行车难以在道路有起伏的城市和乡镇推广的主要原因。

  现有电动车电机技术

低速测试总结表


  电动车三大核心部件是:电动机、控制器、电池。电机是电动自行车的主要动力驱动部份,也就是电动车的心脏。电机的好坏直接影响着电动车的性能。

  按照电机类别分为:无刷直流电机、有刷有齿直流电机、有刷无齿直流电机等。

  (1)有刷高速电机。有电刷效率高,过载爬坡能力强、起动力矩大,但稍有噪声。

  (2)无刷电机。无电刷,无减速器,具有免维护、无噪声优点。但控制器复杂,起动电流大,过载上坡能力较差。

  (3)有刷低速电机。有电刷,无减速器、结构简练,成本较低。但效率较低,上坡、过载能力较差。目前应用较多的是有刷高速电机。                                 

  有刷低速电机被电动自行车车选用又名有刷无齿电机,它在电动自行车起动与爬坡时电流较大,性能较弱,目前一般极少被厂家采用。

  有刷高速电机(3600转/分钟左右)目前被国内大多数电动自行车生产厂家所选用,它采用碳刷作为电机电源的两个触点,利用调速转把和控制器来控制,通过齿轮二次减速及超越离合器来达到电动自行车0-20公里/小时的无极调速。目前采用的这种有刷高速电机含金量高,电机减速齿轮强度较强,耐磨性好,设计合理,故返修率较低;而且维修更换齿轮和电机的成本较少,有效的降低了电动自行车的维修费用;并且有刷电机可以通过超越离合器和飞轮实现人力骑行。

  无刷电机目前被电动自行车生产厂家采用的一般都是无刷无齿电机。它的转速控制系统的造价比有刷高速电机的转速控制系统要高,控制器在使用中容易发生故障。装有无刷电机的电动自行车行驶速度必须达到35公里/小时以上时,才能发挥其最佳的工作效率,但是我们知道电动自行车作为非机动车来管理,时速必须在20公里/小时以下,故无刷电机被电动自行车选用降低了工作效率,可取性不强。现在它被采用的主要一点是噪音小。

  高效稀土永磁有刷电机与高效稀土永磁无刷电机。目前市场上大多数电动自行车还停留在有刷电机阶段。有刷电机采用机械换向,对控制系统的技术要求较低,相对成本低于无刷电机,有刷电机的起动力矩略大于无刷电机。但致命的弱点是:寿命短、噪声大、效率低。它长期使用碳刷磨损严重,较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘,这些粉尘落下齿轮油中,使齿轮油加速干涸,电机噪声进一步增大。有刷电机使用到一年左右就需要更换内碳刷,充电一次行驶的里程不及新车买来时的三分之二,而且爬坡时动力不足,还会烧坏控制器。这是因为电机更换碳刷后,换向器也被磨出了一条凹槽,使碳刷接触面积减少,接触不良的碳刷通电后会产生火花并加快氧化换向器和铜片,导致上述不良现象。

  无刷电机以电子换向取代机械换向,技术上要优于有刷电机。由于无刷电机没有齿轮或减速装置,减少了电机磨损的不可靠性,它的效率在一定电流范围内比有刷电机效率高。无刷电机行驶起来几乎没有噪声,且寿命长达10年以上。据于两者比较,无刷电机要优于有刷电机。目前,已有一些电动自行车生产厂原先用有刷电机现改用了无刷电机。无刷电机肯定是今后电动自行车的发展方向。  

  现有电机需要逾越的技术障碍

  电动自行车发展到现在,人们还从未像今天这样关注电动自车行的爬坡能力。更有甚者把爬坡能力的大小作为衡量电动自行车性能的最重要指标,整车厂把爬坡能力强作为卖点,消费者把它作为选购电动自行车的依据。现以实例计算分析,现有电机加强爬坡能力所需付出的代价以及带来的严重后果:

  1.电动自行车携带的能源有限,而爬坡需消耗较多的能量。

  2.国标GB17761规定了电机的额定连续输出功率应不大于240瓦,远低于可爬4.5度坡、输出功率为数千瓦的燃油车。

  3.爬坡阻力和转矩的计算:

  电动自行车在爬坡过程中,受三种阻力,即轮胎和地面间的滚动摩擦力Fg、迎风阻力Ff和爬坡阻力Fα。为简化起见,在此忽略前两种阻力,

  仅计及爬坡阻力Fα,其大小等于

  Fα=G×sinα(N)

  式中G=车重+载重(N)

  α=坡度角(°)

  爬坡转矩Mα

  Mα=Fα×RL=G?sinα×RL(Nm)

  式中RL=轮胎半径(m)

  近期不断出现可爬12度坡的报导,也有报导可爬15度甚至16度坡,下面就以12度坡为例计算所需转矩。
 
  依标准,G=车重+载重=(40+75)Kg
            =1128(N)
  18″车,轮胎半径RL=0.228(m)

  将数据代入上式,则所需爬坡转矩

  Mα=1128×sinα12×0.228=53.5(Nm)

  考虑到滚动阻力和迎风阻力,电机所提供的转矩

  M>Mα=53.5Nm

  而现有电机最大扭矩以500W400转电机为例只有十几牛米,1000W也不过二十几牛米显然与号称的12度坡、16度坡不相符。

  4.电机的反电势系数Ke和转矩常数Km

  电机的反电势系数Ke由多个电机参数,如绕组系数Kw,每相串联匝数W(对于有刷电机为 每支路串联匝数),电枢直径Da,有效铁芯长度lδ,气隙磁密Bδ等所决定。对于一台已经制作完成的电机,Ke基本上为一定值。

  对于额定电压、转速相同的电机,即使类型不同、设计不同的电机,反电势系数Ke没有明显的差别,当然效率高的电机Ke稍大。在一定的电磁单位制下,转矩常数Km和反电势系数Ke在数值上是相等的,例如,对于18″36V车速V=25Km/h的电动自行车所用电机,两参数如下:

  Km≈1Nm/A

  Ke≈1VS/rad

  5.爬坡所需电流(峰值)计算

  由转矩平衡方程:

  Me=Mo+ML

     =Mo+Mg+Mf+ Mα

  式中 Me=KmImax—电磁转矩(Nm)

  Imax—最大电流(A)

  Mo—电机空载转矩(Nm)

  Mg—轮胎和地面间的阻力矩(Nm)

  Mf—迎风阻力矩(Nm)

  为计算简单起见,忽略Mo、Mg和Mf,则有

  Me≥Mα

  KmImax≥Mα

  Imax≥Mα/Km=53.5/1=53.5(A)

  也就是说,对于配备36V电源,车速为25 Km/h的18″车,要爬12度坡其峰值电流,要大于53.5A才可行,对于车速更高、轮胎直径小的电动自行车,其转矩常数Km更小,则需要更大的电流。

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关键词:技术 
我来说两句( ) | | 责任编辑:白云
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