科目：
- はじめに
- AC電動モーター（同期、永久磁石付き）
- 同期モーターの交流制御
- AC電動モーター（非同期かご形モーター）
- 同期および非同期電動機の効率マップ
導入：
ハイブリッド車または完全電気自動車の駆動には電気モーターが使用されます。 電気モーターは、電気エネルギー (バッテリーまたはレンジ エクステンダーからの) を運動に変換して車輪を駆動します。 さらに、電気モーターは、エンジンをブレーキするときに運動エネルギーを電気エネルギーに変換することもできます (回生ブレーキ)。 この場合、電気モーターはダイナモとして機能します。 これら XNUMX つの機能のため、電気モーターを「電気機械」とも呼びます。
ハイブリッド車に電気モーターを搭載するオプションは次のとおりです。
- 内燃機関では、トランスミッションはマルチベルトを介して、またはクランクシャフトを介して直接実現されます。
- エンジンとギアボックスの間: ギアボックスの入力シャフトは電気モーターによって駆動されます。
- ギアボックスに統合されています。
- ディファレンシャルについて。
- ホイールハブ（ハブモーター）にあります。
完全電気自動車の電気モーターは、多くの場合、後車軸に取り付けられます。 下の画像は、円筒形ハウジング内のインバーターを備えた電気モーターとテスラの最終ドライブを示しています。
AC 電気モーター (同期、永久磁石付き):
次の画像は、アウディ (同期) 電気モーターの部品を示しています。 このタイプは、A6 および A8 のハイブリッド バリアントで使用されます。 コンポーネントを簡単にリストします。 これらのコンポーネントについては、次の段落で詳しく説明します。
永久磁石を備えたローターは、ステーター内の磁場の変化により回転を開始します。 ローターはクラッチに接続されており、さまざまな動作条件で内燃機関と電気モーターを（クラッチ（図示せず）と連携して）接続または切断することができます。 ローターの位置は次のように決定されます。 リゾルバ 測定: このデータは、IGBT ドライバーがステーター コイルを適切なタイミングで制御するために重要です。
永久磁石を使用した電動モーターは、DC (直流電圧) と AC (交流電圧) の両方で制御できます。
同期モーターは、ハイブリッド車または完全電気自動車で最も一般的に使用される電気モーターの XNUMX つです。 このタイプの電気モーターは、巻線を備えたステーターといくつかの永久磁石を備えたローターで構成されています。 ローターはステーターの磁界と同じ速度で回転します。 同期モーターは次のように制御できます。
- AC: 正弦波信号 (交流) によって制御されます。
- DC：方形波または台形信号（直流）で制御
同期モーターのステーターは、U、V、W の XNUMX つのステーター コイル グループで構成されます。各グループには、ステーターの全周に分散された並列接続された XNUMX つのコイルのセットが XNUMX つ含まれています。 XNUMX つおきのコイルは同じシリーズに属します。
- Uコイル: 青
- Vコイル：緑
- Wコイル：赤
ローターにはいくつかの永久磁石が含まれています。 ステーター内のコイルに交互に通電することにより、回転磁界が生成されます。 ローターは回転磁界に従い、したがって回転します。
同期モーターのAC制御：
AC 制御は、周波数制御制御または正弦波整流を使用します。 ステーター コイルには、ローターを回転させるために交流三相正弦波電圧が供給されます。
下の画像は、U コイルが最大励起された場合のローターの位置を示しています。 磁場の結果として、N 極は通電された U コイルの真向かいに位置します。 電気モーターの隣にあるグラフ内のカーソルは、その瞬間のコイルの制御を示します。
参考までに説明中のローターはステーターコイルを制御する際に回転します。 レクソム.
次の画像では、正弦波、つまり U コイルを流れる交流が最大の負になります。 この制御中、ローターの S 極は通電された (U) ステーター コイルの真向かいにあります。
実際には、ローターの N 極と S 極の間には小さな空隙があります。 南極から北極への変化中に、U コイル内の電流の方向が変わります。 さらに遠く：
- V コイル (緑色) を流れる電流はほぼ最大の正です。 北極もコイルのほぼ反対側にあります。
- W コイルを流れる電流は最大で負になり、増加しています。 南極はコイルを越えて回転しました。
電流の流れをイメージするために、下のアニメーションは交流によるローターの回転を示しています。
AC 電気モーター (非同期、かご型モーター):
かご形電動機または短絡電機子電動機は非同期電動機です。 永久磁石を使用した同期モーターと非同期モーターの違いはローターにあります。これは長手方向に導体を備えた軟鉄ドラムです。 ローターはステーターと非同期で動作します。これは、ローターとステーターの磁気速度の間に速度差があることを意味します。 ステーターも全く同じです。
非同期電気モーターのローターは短絡されたコイルで構成されています。 U、V、W コイルは片側で互いに接続されています。 ローターがステーターの回転磁界内にあると、ローターのコイル内に誘導電圧が発生します。 ローターコイル同士は短絡しているため、電流が流れます。 この電流によりローターに磁界が発生し、トルクが発生します。 非同期電動機の動作は誘導の法則に基づいているため、誘導電動機とも呼ばれます。
伝達されるトルクは、ステーター内の回転磁界とローターの速度の間の滑りに影響を与えます。
非同期モーターには、同期モーターと比較して多くの利点と欠点があります。
利点：
- 比較的シンプルで堅牢かつ安価なローター。
- 低速でも高トルク。
短所：
- 電力密度（質量あたり）と効率（効率）が低くなります。 短絡した回転子コイルに電流が流れると、追加の回転子損失が発生します。
- 速度は負荷に依存するため正確に制御できません。 これ自体は必ずしも欠点ではありません。優れた制御システムを使用すれば、非同期モーターの速度も調整できます。
- 高い始動電流。
非同期モーターのローターの位置と速度は、 ローター位置センサー。 ホール センサーは多くの場合、ローターの位置と速度を送信するために、ローターの XNUMX 回転あたり少なくとも XNUMX つのパルスを提供します。 同期モーターの場合とは異なり、このタイプのローター位置センサーをレゾルバーとは呼びません。
同期モーターとは異なり、停止時のローター位置を知るためにローター位置センサーは必要ありません。 回転中のローターの位置は重要です。回転磁界とローターの間の滑りが大きくなりすぎないように注意する必要があります。 回転磁場の動きが速すぎると、ローターが突然別の方向に回転しようとする状況が発生する可能性があります。 発生する力は、機械コンポーネントや電気コンポーネントに悲惨な影響を与える可能性があります。
一部のメーカーは非同期モーターの使用を選択しています リゾルバ 申請中。 理由は私にはわかりません。 いずれにせよ、レゾルバは静止しているときも走行しているときも非常に正確であり、正確な制御に役立つ可能性があります。
同期および非同期電動機の効率マップ:
下の画像は、同期電動機 (左) と非同期電動機 (右) の効率を示しています。
- 同期電気モーターは非常に効率的です。 効率は広い領域で 90% 以上で、ピーク値は最大 96% です。 2000rpmから弱め界磁が発生し、最大トルクが低下します。
- 非同期モーターは、低速では同期モーターよりも大幅に効率が低くなります。
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