利用行驶中供电技术的无线轮毂电动机
为削减因运输造成的温室效应气体.正不断推进EV(电动汽车)的普及。作为电动汽车主要性能的研究课题是延长续驶里程,提升蓄电池/单电池(Cell) 的容量以及可有效利用容量的状态判定、功率控制、充电控制等技术的开发。但蓄电池的能量密度与汽油的比较.显得格外小,现采用的方法是:为实现与内燃机车同等的续驶里程,须将大量的蓄电池搭载在车辆上。一旦搭载大量蓄电池,车辆的重量加大,行驶的阻抗增大,行驶所需的能量势必增大。
这一增大的能量涉及从发电到行驶的能量效率,也即影响到"良好行驶"(Well to wheel)的性能。此外, 搭载的大容量蓄电池必将导致车体的高成本。同时,电池的生产加工需要大量的电能,制造时所消耗的功率,发电时所排放的温室效应气体,这些都是需要解决的课题。而且,车辆中使用的锂离子电池,其正极材料为钴,是昂贵的稀有金属、供给量能否稳定,这都是大量普及EV时令人担心的问题。
另一方面,原来对EV充电的计划方案(scenario),是利用火力发电和原子能发电深夜的剩余电力给车辆充电,充分利用这些剩余功率不浪费。但这一方案有变化,目标已转向排放系数为零的电力系统,力求大量引入光伏发电为中心的可再生能源。这样,只限于由白天发出的功率,但白天使用充电的车辆台数很多,不能抱有过高的期望,且由于快速充电器的大量引入,可能对电力系统导致空间上、时间上的负荷集中问题。
为解决上述这些存在的问题,提出了对行驶中车辆供给电力的方案。所谓行驶中供电(动态无线输送功率,Dynamic wireless power Transfer DWPT),是对行驶中的车辆、通过连续和断续的供电,可使车辆上搭载的蓄电池容量削减的系统。行驶中供电有接触式供电法和非接触式供电法(WPT)。对于接触式供电、存在电极的 磨损等问题,但有易于实现大功率化的优点;对于非接触式供电,已提出电场谐振耦合方式与磁场谐振耦合方式。电动汽车停车时采用的非接触式供电,已将磁场谐振耦合方式推向标准化(SAEJ2954)。
由于采用行驶中供电,可不用人工对EV进行充电而继续行驶。且能大幅度削减蓄电池,降低行驶中所需的能量,缓解了有关蓄电池供电的不安与担忧。
采用磁场耦合式的供电系统,推进了无线轮毂电动机的研制工作。所谓无线轮毂电动机(Wireless in-Wheel Motor),是将无线的电力传输与轮毂电动机组合一起的驱动系统。作为第1代,已经开发在车身(body)与轮毂之间用无线输送功率的无线轮毂电动机;作为第 2代,具有行驶中供电功能的轮毂 电动机也正在开发。不仅对设备硬结构件(hardware),且对没必要追加传感器的线圈检测技术和缩短供电时间的控制,与自动运转协调的行驶位置的控制等都在进行开发;有关系统的设计方法也提出了方案。
第1代、第2代无线轮毂电动机的目标是针对小型车辆,要适用普通汽车以上的规格,必须具有高功率化的系统。由于第二代无线轮毂电动机中,组件尺寸(unitsize)导致的悬挂架(suspension)结构复杂,受构件配置的制约因素大,故考虑实用化时,目标应进一步的实现小型化。因此,以适用普通汽车为目标,实现高效率、高功率化和小型化的第3代无线轮毂电动机正在积极开发。配置于车辆上的第3代无线轮毂电动机如图1所示,电动机的结构示于图2。
下面,以第3代无线轮毂电动机为例,对有关非接触式行驶中供电技术,以及行驶中供电今后的课题与展望予以介绍。
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