電動ドライブのコアテクノロジー
新エネルギー車
電気駆動システムは電気自動車やハイブリッド車の中核部分です。 その主なコンポーネントには、モーター、モーター制御ユニット、減速機が含まれます。 これらのコンポーネントは電気駆動システム内で異なる役割を果たし、車両の効率的かつ高性能な動作を実現するために連携して動作します。
1. モーター
モーターは電気駆動システムの中核です。 その機能は、バッテリーが出力する電気エネルギーを機械エネルギーに変換して車両を前進させることです。 電気自動車やハイブリッド自動車で一般的に使用されるモーターには、永久磁石同期モーター (PMSM)、誘導モーター、スイッチトリラクタンス モーターなどがあります。
1.1 永久磁石同期モーター (PMSM)
永久磁石同期モーターは、電気自動車やハイブリッド車に広く使用されている効率的で高性能なモーターです。 永久磁石を利用して磁界を発生させることでモーターの効率的な動作を実現します。
PMSM は高電力密度、低ノイズ、低エネルギー消費を備えており、広い速度範囲にわたって高効率を達成できます。 さらに、PMSM の制御戦略は比較的成熟しており、正確なトルクと速度の制御を実現できます。
1.2 誘導電動機
誘導モーターは、電磁誘導の原理を利用して動作する電気モーターです。 具体的な動作原理は次のとおりです。
誘導モーターでは、交流電流が固定子に流れ、固定子巻線を通じて回転磁界が生成されます。 誘導電動機の回転子は密閉された金属円板であるため、回転磁界が回転子を通過すると回転子内に渦電流が発生します。 これらの渦電流は逆磁界を生成し、ステーターの磁界と相互作用してトルクを生成します。 ローターは回転を開始し、回転磁界の変化に応じて回転を続けます。 ローターの回転速度が回転磁界の周波数と一致しないため、誘導モーターは非同期モーターとも呼ばれます。
ステータ内の電流や相順序などのパラメータを制御することにより、誘導モータの速度、ステアリング、トルクを正確に制御できます。
誘導モーターは、構造が簡単、動作が信頼性が高く、メンテナンスが容易で、比較的低コストであるという利点があり、家庭用電化製品、電動工具、産業機械、輸送機関などのほとんどの用途に適しています。
1.3 スイッチトリラクタンスモーター
スイッチトリラクタンス モーター (SRM) の動作原理は、磁束が常に最大透磁率の経路に沿って閉じられるという原理に基づいています。 ステータとロータのティースの中心線が一致しておらず、透磁率が最大でない場合、磁界により磁気吸引力が発生し、リラクタンストルクが形成され、ロータが最大透磁率の位置まで回転します。 ステーターの各相巻線に電流が順番に供給されると、モーターのローターは通電された相シーケンスとは逆方向に段階的に回転します。 ステーターの各相の通電シーケンスを変更すると、モーターの方向が変わります。 ただし、相電流の流れの方向が変化しても、ロータの回転には影響しません。
スイッチトリラクタンスモータは、構造が簡単、低コスト、信頼性が高く、始動性能や速度調整性能が良好であるという利点があり、制御装置も比較的単純である。 ただし、実際のアプリケーションでは、スイッチトリラクタンス モーターには、大きなトルク リップル、高ノイズ、位置検出器の必要性などの欠点があります。
2. モーターコントロールユニット
モーター制御ユニットは電気駆動システムの重要なコンポーネントであり、モーターの制御と調整を担当します。 モーター コントロール ユニットの主な機能には、ドライバーが入力したアクセル ペダルとブレーキ ペダルの信号を受け取り、ペダル信号を電気信号に変換してモーター コントローラーに送信する機能が含まれます。 モーターコントローラーが正常に動作していることを確認するために、バッテリーの電圧、電流、温度などのパラメーターを監視します。 モーターの速度とトルクを制御して、車両の加速、減速、ブレーキなどの操作を実現します。 CAN バスを介して他のコントローラーと通信し、車両の電力システム、制御システム、安全システムなどを調整します。
モーター制御ユニットは、コントローラーのハードウェアとソフトウェアで構成されます。 コントローラハードウェアには、マイクロコントローラ、パワーデバイス、保護回路、通信インターフェースなどが含まれ、電気信号の変換と制御を実現します。 コントローラー ソフトウェアは、モーター制御戦略、故障診断、および処理機能の実現を担当します。
3.減速機
減速機は電気駆動システムに欠かせない部品の一つです。 その機能は、モーターの速度を低下させ、出力トルクを増加させることです。 減速機は通常、ギア、ベアリング、シールで構成されています。 構造や性能により、減速機、遊星歯車減速機、ウォーム減速機に分けられます。
電気自動車やハイブリッド自動車では、遊星歯車減速機やウォーム歯車減速機がよく使用されます。 遊星歯車減速機は伝達効率が高く、小型で高速車両に適しています。 ウォーム減速機は出力トルクが大きく、騒音も低く、低速・高負荷車両に適しています。
要約すると、電気モーター、モーター制御ユニット、減速機は、車両の効率的で高性能な動作を実現するために連携して動作する電気駆動システムの主要コンポーネントです。 技術の継続的な発展に伴い、将来の電気駆動技術の開発トレンドは、統合、プラットフォーム化、高効率、高速化です。 こうしたトレンドの出現と発展は多くの機会と課題をもたらすとともに、NVH、コスト、信頼性などの要因の影響にも注意を払う必要があります。
