上接:住友电工试制出用超导马达驱动的电动汽车

住友电气工业全球首次试制出了用超导马达驱动的电动汽车。将从2008年6月19日起在北海道札幌市举行的“北海道洞爷湖高峰会议纪念
环境综合展2008”上向公众公开。该公司已证实高温超导技术能够应用于电动汽车马达,向社会宣传高温超导技术。

汽车配件网得知,

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图1:配备超导马达的试制车

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配备超导马达的试制车

混合动力车和纯电动汽车中必不可少的是电动压缩机。与发动机带动皮带驱动的普通压缩机相对比据华夏汽配网了解,燃效的实际数据尽管因行使状况而异,但最多可以加强大约2成。

住友电气工业2008年6月12日在新闻发布会上展示了配备超导马达的试制车。所配备的马达为爪极型DC马达,定子采用的是超导线圈,转子采用的是铜线。

电动汽车马达使用的线圈,为减小电阻一般采用降低电流、提高电压的方法。但降低电流将难以实现大的扭矩。超导线圈由于没有电阻,能够以较少的转数和低电压通过大电流,从而产生较大的扭矩。此次的试制车以乘用车为原型,今后将进一步研究超导马达在大巴、卡车等大型车上的应用。

该商厦此番试制配备超导马达的电动小车的说辞是,小说中集聚了新奇有意思的新型技艺。在该领域,电装与丰田自动织机占据了市场份额的8成以上。在新的一期《日经汽车技术》(2012年9月发行)中,这两家公司的工程师就电动压缩机的最新技术进行了讲解。

该公司此次试制配备超导马达的电动汽车的理由是,在以线性马达车等铁路车辆为首,超导电缆及船舶用超导马达等逐步迈向实用化的情况下,让人们知道超导的应用其实离现实生活非常近。

图片 3 超导马达

文章中汇集了新奇有趣的最新技术,其中,马达的起动方法最让人感到惊奇。这两家公司研制出了在3相交流马达中只开关其中一相的IGBT的起动方法。

由于是赶制可以试驾的汽车,此次试制的马达并不是AC马达,并且未将转子制成超导线圈。另外,定子的超导线圈中虽然可通100A以上的电流,但考虑到安全因素,目前最大只通到40A的电流。超导线圈采用的是该公司已上市的铋类线材“DI-BSCCO”,总长240m,线材尺寸为宽4mm×厚0.2mm。

超导磁铁既可用于定子又可用于转子。从公开的照片上看不出连接转子的制冷剂配管的密封有何异常,估计应该是只有定子使用了超导线圈。

这次介绍的电动压缩机的特征是逆变器与压缩机和马达融为一体。这时,最为主要的是怎样处理电磁噪声,由于使用这种构造的时候,电磁噪声必将增大。

马达上部配备有容积4L的液态氮容器,通过这一容器来冷却定子,以产生超导状态。利用4L液态氮,可在超导状态下行驶2小时左右。超导线圈由热电偶和电流传感器监控,可以在温度上升破坏超导状态前,切断供电。

下接:

在这款电动压缩机中,经压缩机压缩的制冷剂在循环时会经过马达对其冷却。具体阶段是,把压缩后的制冷剂输送到蒸发器,使之从马达压缩机与另一侧的侧面进入,流经定子槽的缝隙,然后回到压缩机。由于制冷剂的温度偏低,仅为30~40℃,因此能够对马达进行充分冷却。

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图2:在发动机部分配备马达

住友电气工业力争10年内将超导马达配备于业务用车

但问题在于驱动制冷剂循环时,润滑油也会流动。具体来说,压缩机的运动部分和马达的轴承部分需要的润滑油会伴随高压制冷剂的流动,会通过电势与接地点相同的定子铁心与定子线圈之间的部分。作为润滑油的多元醇酯的介电常数较大,约为3.2,因此,马达铁心与定子绕线之间会构成电容器功能,与接地点之间会流过高频电流据获悉。

此次的原型车为丰田汽车的“Comfort”。在拆掉发动机后空出的部分设置了马达,并使其与手动变速器连接起来。马达的输出功率为31kW,外形尺寸为直径约300mm×长400mm。电源由12个12V的铅蓄电池串联而成,电压提高到了144V。由于马达在转速很低的状态下也具有扭矩,因此试运行时,将手动变速器固定在了5档上。

最大的问题在于起动时的电磁噪声。马达没有传感器,3相同步马达在转子内嵌有永磁铁。起动时噪声特别大的原因是,驱动马达的3个相位的脉冲宽度调制电压的相位重叠。

图片 5 图3:试乘时的样子

电装与丰田自动织机通过仅开关其中1相的IGBT,使起动时相位不发生重叠,处理了这个问题。即使只开关1相的IGBT,由于线圈之间有电流流过,因此马达可以完成起动,这一点正是其独到之处。起动时的噪声也减少到了10~20dBm。

首先配备于业务用车

住友电气工业表示,超导马达在船舶中正在接近实用化。预计在陆上运输领域也存在需求。希望今后将在混合动力车、插电式混合动力车及电动汽车等电动车辆中配备超导马达,以实现马达的小型化及低电压化。

关于超导马达的实用化,该公司表示在使用频率不高的乘用车进行配备还为时尚早,不过将力争10年内能够配备于大巴等业务用车。如果是业务用车的话,可以设想出这样的行驶模式:暂时不安装冷冻机,而是配备可供行驶一天所需的冷却用液态氮。

将来冷冻机改进后,小型冷冻机将达到能够配备于乘用车的尺寸,便利性也将得到提高。另外,如果能够与燃烧液态氢的燃料电池车配套使用,与使用液态氮相比,可以使超导马达冷却到更低温度,就能够通更大的电流。实际上,以现有的超导线圈而言,利用液态氮冷却,只能通200A左右的电流,而利用液态氢使其冷却至20K,则可以通高达1000A的电流。这样,可以进一步减小马达尺寸,提高输出功率。

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