
20世纪90年代前的电动叉车几乎全是直流电机驱动的。直流电机虽然具有较好的机械特性,能提供叉车牵引系统所需的低速大扭矩,速度控制相对简单,能实现较宽范围内的无级调速。但由于其结构较为复杂,有换向器和碳刷,电流须经过碳刷来输送,碳刷的结构尺寸和磨损状况对电机性能影响很大,电机的维护和保养也很麻烦。
感应电机交流驱动系统是20世纪90年代发展起来的新技术,电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。交流电动机最为突出的优势是没有碳刷,也没有直流电动机通常对最大电流方面的限制。这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能量及更大的制动扭力,可以更快的速度运转,相对而言维护保养简单,维修成本低。交流电机的转速可以比直流电机高3倍,可以给驱动轮提供更大的转矩、更大的加速度和更高的转速,与直流电机同样大小的交流电机可以输出更大的功率。
国外叉车企业从1996年起就开始研发、生产交流驱动叉车,现在已经批量生产,处于平稳发展阶段。全球顶尖的叉车企业几乎都采用了交流驱动系统,设计、生产独具特色的电动叉车。如今,越来越多的叉车企业看好交流驱动系统的市场前景。
东莞电机厂以丰田公司为例,现已推出多款采用交流驱动系统的电动叉车,其新型7FBE三轮叉车的许多强化性能都以先进的交流驱动系统为基础,其控制水平与以往的任何产品都不同。例如:交流电源系统所提供的电源控制使得7FBE叉车能够充分利用每一次电池充电的潜能。到目前为止,所有的电动叉车都曾经历过随电池电力消耗而性能逐渐下降的情况,而丰田7FBE三轮叉车因为有了电力保持功能,所以操作时能一直保持“刚充完电”般的强劲动力,其充电后的工作时间要比现有的叉车型号长40%。
在欧洲和亚洲,普遍采用高电压、低电流的电机及控制系统。例如在欧洲和亚洲1.5t级的蓄电池叉车多用48V电压,而美国一开始采用低电压大电流的电机和控制系统,它的1.5t级蓄电池叉车多用36V电压。因而交流控制器尺寸也较大,成本也较为昂贵。在认识到了交流驱动系统的优越性后,美国的叉车和电控开发部门就以上述交流动力控制技术发展的瓶颈问题展开了有针对性的研究,最终使成本、尺寸和电压等级等问题得以很好的解决。因此,交流动力系统叉车在美国也得到了很好的发展。
国内已有几家主要的叉车企业使用丹纳赫传动公司提供的交流驱动系统生产电动叉车,其系列化产品正在开发试制中。例如,安徽合力的四轮1.5t全交流驱动叉车样车已经完成测试,正在批量生产。目前,国内主要的叉车制造商都已制订了新的交流驱动叉车的研制计划。
上海研发的电驱动系统作为节能与新能源汽车的关键零部件之一,交流伺服电机已经在汽车上得到应用,并试验用于叉车。
改装的交流永磁同步伺服电驱动叉车在货物叉起被回放的过程中,能量被回馈到电池中,同时在下坡的过程中,也能将能量回馈到电池中去,起到节约能源的作用。交流永磁同步伺服电机的优势在于质量轻、体积小、可靠性高、恒转矩、恒功率、定位精确、节能且免维护。
东莞电机总结交流永磁伺服电动机的结构主要分定子和转子两部分,其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同。在定子铁心中也安放着空间互成90°电角度的两相绕组,其中一组为激磁绕组,另一组为控制绕组。
交流永磁伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度,伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。
与交流异步驱动系统相比,交流永磁同步驱动系统核心技术又向前迈进了一步。一台德国生产的永磁同步伺服电机的2t电动叉车,在欧美的售价在20万元~25万元之间,而国产的利用交流永磁同步伺服电机驱动系统的叉车售价却只需10万元~15万元,这种价格在欧美无疑具有很强的竞争优势。