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    利用行駛中供電技術的無線輪轂電動機

        作者:宏拓新軟件
        發布日期:2023-08-07         
    閱讀:24     
     
     

    為削減因運輸造成的溫室效應氣體.正不斷推進EV(電動汽車)的普及。作為電動汽車主要性能的研究課題是延長續駛里程,提升蓄電池/單電池(Cell) 的容量以及可有效利用容量的狀態判定、功率控制、充電控制等技術的開發。但蓄電池的能量密度與汽油的比較.顯得格外小,現采用的方法是:為實現與內燃機車同等的續駛里程,須將大量的蓄電池搭載在車輛上。一旦搭載大量蓄電池,車輛的重量加大,行駛的阻抗增大,行駛所需的能量勢必增大。

    這一增大的能量涉及從發電到行駛的能量效率,也即影響到"良好行駛"(Well to wheel)的性能。此外, 搭載的大容量蓄電池必將導致車體的高成本。同時,電池的生產加工需要大量的電能,制造時所消耗的功率,發電時所排放的溫室效應氣體,這些都是需要解決的課題。而且,車輛中使用的鋰離子電池,其正極材料為鈷,是昂貴的稀有金屬、供給量能否穩定,這都是大量普及EV時令人擔心的問題。

    另一方面,原來對EV充電的計劃方案(scenario),是利用火力發電和原子能發電深夜的剩余電力給車輛充電,充分利用這些剩余功率不浪費。但這一方案有變化,目標已轉向排放系數為零的電力系統,力求大量引入光伏發電為中心的可再生能源。這樣,只限于由白天發出的功率,但白天使用充電的車輛臺數很多,不能抱有過高的期望,且由于快速充電器的大量引入,可能對電力系統導致空間上、時間上的負荷集中問題。

    為解決上述這些存在的問題,提出了對行駛中車輛供給電力的方案。所謂行駛中供電(動態無線輸送功率,Dynamic wireless power Transfer DWPT),是對行駛中的車輛、通過連續和斷續的供電,可使車輛上搭載的蓄電池容量削減的系統。行駛中供電有接觸式供電法和非接觸式供電法(WPT)。對于接觸式供電、存在電極的 磨損等問題,但有易于實現大功率化的優點;對于非接觸式供電,已提出電場諧振耦合方式與磁場諧振耦合方式。電動汽車停車時采用的非接觸式供電,已將磁場諧振耦合方式推向標準化(SAEJ2954)。

    由于采用行駛中供電,可不用人工對EV進行充電而繼續行駛。且能大幅度削減蓄電池,降低行駛中所需的能量,緩解了有關蓄電池供電的不安與擔憂。

    采用磁場耦合式的供電系統,推進了無線輪轂電動機的研制工作。所謂無線輪轂電動機(Wireless in-Wheel Motor),是將無線的電力傳輸與輪轂電動機組合一起的驅動系統。作為第1代,已經開發在車身(body)與輪轂之間用無線輸送功率的無線輪轂電動機;作為第 2代,具有行駛中供電功能的輪轂 電動機也正在開發。不僅對設備硬結構件(hardware),且對沒必要追加傳感器的線圈檢測技術和縮短供電時間的控制,與自動運轉協調的行駛位置的控制等都在進行開發;有關系統的設計方法也提出了方案。

    第1代、第2代無線輪轂電動機的目標是針對小型車輛,要適用普通汽車以上的規格,必須具有高功率化的系統。由于第二代無線輪轂電動機中,組件尺寸(unitsize)導致的懸掛架(suspension)結構復雜,受構件配置的制約因素大,故考慮實用化時,目標應進一步的實現小型化。因此,以適用普通汽車為目標,實現高效率、高功率化和小型化的第3代無線輪轂電動機正在積極開發。配置于車輛上的第3代無線輪轂電動機如圖1所示,電動機的結構示于圖2。

    下面,以第3代無線輪轂電動機為例,對有關非接觸式行駛中供電技術,以及行駛中供電今后的課題與展望予以介紹。

    無線輪轂電動機的實驗車輛

     

     

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