電動汽車結(jié)構(gòu)與原理項目三 驅(qū)動電機系統(tǒng)

Project3項目三驅(qū)動電機系統(tǒng)目錄驅(qū)動電機系統(tǒng)概述1驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2驅(qū)動電機冷卻系統(tǒng)4電機控制器構(gòu)成與功能3驅(qū)動電機系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述1.掌握電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成；2.了解驅(qū)動電機的種類及特點；3.能準(zhǔn)確描述驅(qū)動電機系統(tǒng)各組成部分的功能；4.能正確描述驅(qū)動電機系統(tǒng)的布置形式。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述驅(qū)動電機系統(tǒng)驅(qū)動電機系統(tǒng)組成電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式12

驅(qū)動電機系統(tǒng)主要由整車控制器、驅(qū)動電機、電機控制器、機械傳動裝置和冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整車控制器（VCU）相當(dāng)于電動汽車的“大腦”，控制電動汽車的所有部件，其主要功能為識別駕駛員意圖、判斷控制模式、判別和處理整車故障，管理外圍相連驅(qū)動模塊、控制電動汽車輔助系統(tǒng)等。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述北汽EV200整車控制器架構(gòu)圖1整車控制器（VCU）（1）駕駛員意圖解釋對駕駛員操作信息及控命令進行分析處理，加速踏板、制動踏板的機械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，輸入到整車控制器（VCU），VCU根據(jù)某種規(guī)則將相應(yīng)電信號轉(zhuǎn)化成驅(qū)動電機的需求轉(zhuǎn)矩命令。驅(qū)動電機對駕駛員操作的響應(yīng)性能取決于VCU對加速踏板電信號解釋結(jié)果,直接影響駕駛員的控制效果和操控感覺。（2）驅(qū)動控制根據(jù)駕駛員對車輛的操縱輸入(加速踏板、制動踏板以及選檔開關(guān))、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況,經(jīng)分析和處理，向電機控制器（MCU）發(fā)出相應(yīng)指令，控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，以滿足駕駛員對車輛驅(qū)動的動力性要求；同時根據(jù)車輛狀態(tài)，向MCU發(fā)出相應(yīng)指令，保證行駛安全性、舒適性。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述（3）制動能量回饋控制在滑行制動和剎車制動過程中，整車控制器（VCU）根據(jù)加速踏板和制動踏板開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋，在滿足安全性能、制動性能以及駕駛員舒適性的前提下，回收能部分能量；包括滑行制動和剎車制動過程中的電機制動轉(zhuǎn)矩控制。制動能量回收示意圖如圖所示。制動能量回收示意圖1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述

根據(jù)加速踏板和制動踏板信號，制動能量回收可以簡單的分為兩個階段。第一個階段：在車輛行駛過程中駕駛員松開加速踏板但沒有踩下制動踏板；第二個階段：在駕駛員踩下了制動踏板。制動能量回饋的原則如下：能量回收制動不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作；當(dāng)ABS進行制動力調(diào)節(jié)時，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)ABS報警時，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)電驅(qū)動系統(tǒng)具有故障時，制動能量回收不應(yīng)該工作。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述（4）整車能量優(yōu)化管理通過對電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)（BMS）、傳動系統(tǒng)以及其它車載能源動力系統(tǒng)(如空調(diào)、電動泵等)的協(xié)調(diào)和管理，提高整車能量利用效率，延長續(xù)駛里程。（5）高壓上下電控制根據(jù)駕駛員對點火開關(guān)的控制，進行動力電池的高壓接觸器開關(guān)控制，以完成高壓設(shè)備的電源通斷和預(yù)充電控制。協(xié)調(diào)相關(guān)部件的上電與下電流程；包括電機控制器（MCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS）等部件的供電，預(yù)充電繼電器、主繼電器的吸合和斷開時間等。

（6）車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示整車控制器（VCU）對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并將各個子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其動力系統(tǒng)及相關(guān)電器附件相關(guān)各子系統(tǒng)狀態(tài)信息驅(qū)動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過數(shù)字儀表顯示出來。狀態(tài)信息顯示如圖所示。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述狀態(tài)信息顯示（7）故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)進行故障診斷，并及時進行相應(yīng)安全保護處理。根據(jù)傳感器的輸入及其他通過CAN總線通信得到電機、電池、充電機等信息，對各種故障進行判斷、等級分類、報警顯示；存儲故障碼，供維修時查看。故障指示燈指示出故障類型和部分故障碼。在行車過程中根據(jù)故障內(nèi)容，故障診斷與處理。故障分級及處理方式見下表。等級名稱故障后處理故障列表一級致命故障緊急斷開高壓MCU直流母線過壓故障、BMS一級故障；二級嚴(yán)重故障零扭矩MCU相電流過流、IGBT、旋變等故障；電機節(jié)點丟失故障；檔位信號故障。三級一般故障跛行加速踏板信號故障。降功率MCU電機超速保護。限功率<7Kw跛行故障、SOC<1%、BMS單體欠壓、內(nèi)部通訊、硬件等二級故障。限速<15km/h低壓欠壓故障、制動故障。四級輕微故障儀表顯示，能量回收故障，僅停止能量回收。MCU電機系統(tǒng)溫度傳感器、直流欠壓故障；VCU硬件、DCDC異常等故障。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述（8）其他功能整車控制器（VCU）除了上述功能外，還具有充電過程控制、防溜車功能控制、電動化輔助系統(tǒng)管理、整車CAN總線網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)化管理、基于CCP的在線匹配標(biāo)定、換擋控制、遠程控制等功能，其中遠程控制包括遠程查詢功能、遠程空調(diào)控制及遠程充電控制。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述驅(qū)動電機控制器（MCU）功能是接收整車控制器（VCU）的指令，將動力蓄電池的高壓直流電壓逆變成電壓、頻率、相序可調(diào)的三相交流電，實現(xiàn)對驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。驅(qū)動電機控制器與驅(qū)動電機須配套使用，對于三相交流電機、永磁同步電機需通過電機控制器（MCU）進行調(diào)頻、調(diào)壓矢量控制；對于磁阻電機則是通過控制順序脈沖頻率來進行調(diào)速。當(dāng)汽車進行倒車行駛時，通過電機控制器（MCU）改變?nèi)嘟涣麟妷旱南嘈蚴闺妱訖C反轉(zhuǎn)來驅(qū)動車輪反向行駛。電機控制器與驅(qū)動電機連接如圖所示。

電機控制器與驅(qū)動電機連接2電機控制器（MCU）1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述當(dāng)電動汽車處于滑行制動和剎車制動過程中，電機控制器（MCU）轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳛V波器，其功能是將發(fā)電機輸出的三相交流電壓經(jīng)過整流、濾波和升壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟姡瑢㈦娔芑仞伣o動力蓄電池，實現(xiàn)能量回收。電機控制器（MCU）的另一個功能是實時監(jiān)測驅(qū)動電機運行狀態(tài)，如溫度、母線電流、三相交流電流、動力電池電壓、高壓線束的絕緣等，電機控制器（MCU）內(nèi)含故障診斷電路。當(dāng)診斷出異常時，它將會激活一個錯誤代碼，通過CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器，同時存儲該故障碼和數(shù)據(jù)。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述

驅(qū)動電機在電動汽車中承擔(dān)著驅(qū)動車輛和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時發(fā)揮其主要的電動機功能，將電能轉(zhuǎn)化為機械旋轉(zhuǎn)能；而在降速和下坡滑行時驅(qū)動電機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。電驅(qū)動系統(tǒng)能量關(guān)系如圖所示。3驅(qū)動電機1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述機械傳動裝置的主要功能是將驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速降低、扭矩升高，以實現(xiàn)整車對驅(qū)動電機的扭矩、轉(zhuǎn)速需求。對于純電動汽車，由于電動機本身具有較好的調(diào)速特性，其變速機構(gòu)可被大大簡化，較多的是僅采用一種固定速比的減速裝置，省去了變速器、離合器等部件。當(dāng)采用輪轂式電動機分散驅(qū)動方式時，又可以省去驅(qū)動橋、機械差速器、半軸等傳動部件。北汽EV200二級主減速器如圖所示。4.機械傳動裝置北汽EV200電動汽車2級主減速器1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述按照電動汽車上驅(qū)動電機的數(shù)目不同，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式可分為單電機驅(qū)動系統(tǒng)和多電機驅(qū)動系統(tǒng)。1單電機驅(qū)動系統(tǒng)單電機驅(qū)動系統(tǒng)一般又分為機械驅(qū)動布置方式和電機-驅(qū)動橋組合式兩種。（1）機械驅(qū)動布置方式在保持內(nèi)燃機汽車傳動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，用驅(qū)動電機替換傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機，其驅(qū)動系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的區(qū)別很小。主要由驅(qū)動電機、離合器、變速箱、傳動軸和驅(qū)動橋等部件構(gòu)成。機械驅(qū)動布置方式二、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式其結(jié)構(gòu)特點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能有效發(fā)揮驅(qū)動電機的特點，不利于降低車身重量。這種驅(qū)動模式在純電動汽車上很少應(yīng)用，但由于混合動力汽車本身帶有發(fā)動機，仍然需要通過變速器對發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩進行調(diào)整，所以混合動力汽車多采用機械驅(qū)動布置方式。機械驅(qū)動布置方式如圖所示。1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述（2）電機-驅(qū)動橋組合式電機-驅(qū)動橋組合式在純電動汽車中有著較為廣泛的應(yīng)用，其總體構(gòu)成是在驅(qū)動電動機端蓋的輸出軸處加裝主減速器和差速器等，驅(qū)動電機、固定速比減速器、差速器組合成一個驅(qū)動整體，通過固定速比的減速作用來放大驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩。由于省掉了離合器和變速器，機械傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率得到提高，同時還使整車機械系統(tǒng)的質(zhì)量和體積得到縮小，有利于整車布置，便于安裝，能夠有效地擴大汽車動力電池的布置空間和汽車的乘坐空間。但這種布置形式對驅(qū)動電機的調(diào)速要求比較高，與機械驅(qū)動布置方式相比，此構(gòu)型要求驅(qū)動電機在較窄速度范圍內(nèi)能夠提供較大轉(zhuǎn)矩。按照傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動模式，可以有驅(qū)動電機前置前驅(qū)（FF）或驅(qū)動電機后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機-驅(qū)動橋組合式如圖所示。電機-驅(qū)動橋組合式1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述（1）電機-驅(qū)動橋整體式同電機-驅(qū)動橋組合式相比，整體式驅(qū)動系統(tǒng)更進一步減少了動力傳動系統(tǒng)的機械傳動元件數(shù)量，因而使整個動力傳動系統(tǒng)的傳動效率進一步提高，同時可以節(jié)省很多的空間，形成了電動汽車所獨有的驅(qū)動系統(tǒng)布置形式。它一般由兩個輪邊電機分別與兩個相同固定速比的減速器集成在一起，減速器輸出直接與兩個驅(qū)動輪鏈接，取消了機械差速器，兩個驅(qū)動電機獨立控制轉(zhuǎn)速；在左右兩臺驅(qū)動電機中間安裝有電子差速器，能使電動汽車得到更好的靈活性，可以方便地引入ASR控制，通過控制車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動輪主動制動等措施，提高汽車的通過性和在復(fù)雜路況上的動力性。這種驅(qū)動模式的主要特點是：整體布局簡單，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、質(zhì)量小、體積小，具有良好的通用性和互換性，容易實現(xiàn)多種功能，如驅(qū)動防滑、制動力分配、防側(cè)滑等。電動機-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)在汽車上的布局也有電動機前置前驅(qū)（FF）和電動機后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示。電機-驅(qū)動橋整體式2多電機驅(qū)動系統(tǒng)1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述

多電機驅(qū)動系統(tǒng)一般又分為電機-驅(qū)動橋整體式和輪轂電機分散方式兩種驅(qū)動方式。（2）輪轂電機分散驅(qū)動方式輪轂電機分散式就是把驅(qū)動電機安裝在電動汽車的車輪輪轂中，電動機輸出轉(zhuǎn)矩直接帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車的驅(qū)動。同傳統(tǒng)汽車相比，輪轂電機分散式電動汽車，把傳統(tǒng)汽車的機械動力傳動系統(tǒng)所占空間完全釋放出來，使動力電池、行李箱等有足夠的空間。同時，它還可以對每臺驅(qū)動電機進行獨立控制，有利于提高車輛的轉(zhuǎn)向靈活性和主動安全性，可以充分利用路面的附著力，便于引進電子控制技術(shù)。采用輪轂電機分散式的動力系統(tǒng)必須要解決的問題就是如何保證車輛行駛的方向穩(wěn)定性，同時，動電機及其減速裝置必須能夠布置在有限的輪轂空間內(nèi)，要求該驅(qū)動電機體積較小。輪轂電機分散驅(qū)動方式如圖所示。輪轂電機分散驅(qū)動方式1驅(qū)動電機系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理1.了解驅(qū)動電機的種類及特點；2．掌握三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；3．基本了解車用三相異步電動機的調(diào)速方法、驅(qū)動和制動的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法；4．掌握永磁同步電動機的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；5．基本了解車用永磁同步電動機的調(diào)速方法、驅(qū)動和制動的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法。6．掌握開關(guān)磁阻電動機的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；7．基本了解開關(guān)磁阻電動機的調(diào)速方法；8．掌握輪轂電動機的基本結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電機綜述2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動電機驅(qū)動電機特點驅(qū)動電機的基本類型電機的主要性能參數(shù)1234驅(qū)動電機型號

驅(qū)動電機是電動汽車行駛的主要執(zhí)行機構(gòu)，是電能與機械能之間的轉(zhuǎn)化部件，并將自身的運行狀態(tài)信息發(fā)送給驅(qū)動電機控制器。其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和舒適性。電動汽車的驅(qū)動電機通常要求能夠頻繁地啟動/停車、加速/減速，低速或爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速，而高速行駛時則要求低轉(zhuǎn)矩、恒功率，并要求變速范圍大，因此驅(qū)動電機應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性。汽車對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的要求如圖所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理一、驅(qū)動電機綜述1.驅(qū)動電機特點電動汽車常用的驅(qū)動電機主要有直流電機、三相交流異步電機、永磁同步電機、開關(guān)磁阻電機與輪轂電機等。（1）直流電機直流電機具有產(chǎn)品成熟，控制方式簡單，調(diào)速優(yōu)良等特點，在電動汽車發(fā)展早期，很多電動汽車采用直流電動機方案。但由于其自身復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)(電刷、換向器等)，制約了瞬時過載能力和轉(zhuǎn)速的進一步提高；機械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生損耗，提高了維護成本；運轉(zhuǎn)時的電刷火花會使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，浪費能量，散熱困難，還會造成高頻電磁干擾。這些因素都會影響具體整車性能，目前的電動汽車已經(jīng)將直流電機淘汰。直流電機如圖所示。直流電機2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2.驅(qū)動電機的基本類型（2）三相交流異步電機三相交流異步電機又稱感應(yīng)電動機，定、轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，兩端用鋁蓋封裝，定、轉(zhuǎn)子之間沒有相互接觸的機械部件，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠耐用，維修方便。交流異步電機與同功率的直流電機相比效率更高，質(zhì)量約輕了二分之一左右。如果采用矢量控制，可以獲得與直流電機相媲美的可控性和更寬的調(diào)速范圍。由于有著效率高、比功率較大、適合于高速運轉(zhuǎn)等優(yōu)勢，三相交流異步機是目前大功率電動汽車上應(yīng)用最廣的電機。三相交流異步電機如圖所示。三相交流異步電機2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（3）永磁同步電機永磁無刷電機分為兩類，一類是方波驅(qū)動的無刷直流電機，另一類是正弦波驅(qū)動的永磁同步電機。無刷直流電機具有轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優(yōu)點,但是由于換相電流很難達到理想狀態(tài),因此會造成轉(zhuǎn)矩脈動、振動噪聲等問題。永磁同步電機系統(tǒng)具有高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性以及低噪聲的特點,通過合理設(shè)計永磁磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能,提高電動機的調(diào)速范圍。所以在電動汽車方面得到了廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機如圖所示。永磁同步電機2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（4）開關(guān)磁阻電機開關(guān)磁阻電機作為一種新型電機，相比其他類型的驅(qū)動電機而言，開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)最為簡單，定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點；而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動汽車的驅(qū)動電機使用。開關(guān)磁阻電機如圖所示。開關(guān)磁阻電機2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

四種電機的性能比較性能及類型直流電機交流異步電機永磁同步電機開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)速范圍/rpm4000～600012000～200004000～10000＞15000功率密度低中高較高過載能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790負荷功率（%）80-8790-9285-9778-86功率因數(shù)（%）……82-8590-9360-65恒功率區(qū)……1:51:2.251:3重量重中輕輕體積大中小小可靠性差好一般好結(jié)構(gòu)堅固性差好好好功率范圍小寬小很寬過載能力較好好較好好效率高較高高中轉(zhuǎn)矩電流比高一般高高控制器成本低高高一般2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理3電機的主要性能參數(shù)2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動電機型號由驅(qū)動電機類型代號、尺寸規(guī)格代號、信號反饋元件代號、冷卻方式代號、預(yù)留代號五部分組成。（1）驅(qū)動電機類型代號

KC—開關(guān)磁阻電機；TF—方波控制型永磁同步電機；TZ—正弦控制型永磁同步電機；YR—異步電機(繞線式)；YS—異步電機(鼠籠式)；ZL—直流電機。其他類型驅(qū)動電機的類型代號由制造商參照GB/T4831《旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)品型號編制方法》進行規(guī)定。（2）尺寸規(guī)格代號一般采用定子鐵心的外徑來表示，對于外轉(zhuǎn)子電機，采用外轉(zhuǎn)子鐵心外徑來表示。（3）信號反饋元件代號M—光電編碼器；X—旋轉(zhuǎn)變壓器；H—霍爾元件。無傳感器不必標(biāo)注。（4）冷卻方式代號S—水冷方式；Y—油冷方式；F—強迫風(fēng)冷方式。自然冷卻不必標(biāo)注。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理4驅(qū)動電機型號二、交流異步電機結(jié)構(gòu)與原理1三相交流異步機結(jié)構(gòu)三相交流異步機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成,固定不動的部分稱為定子,轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,為保證轉(zhuǎn)子能夠在定子腔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,定子與轉(zhuǎn)子之間留有0.2～2mm的空氣隙。三相異步電機結(jié)構(gòu)如圖所示。三相異步電機結(jié)構(gòu)（1）定子定子主要由機座、定子鐵芯和定子繞組三個部分構(gòu)成。機座主要用來固定定子鐵芯和定子繞組，并以前后兩個端蓋支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其外表還具有散熱作業(yè)。電動汽車使用的驅(qū)動電機屬于中小型電機，其機座一般用鑄鐵鑄成。機座如圖所示。機座2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理定子鐵芯定子鐵芯是三相異步電機磁路的一部分，為了減小磁滯和渦流損耗，通常采用0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊制而成，其內(nèi)圓表面沖有槽，用于嵌放三相定子繞組，定子鐵芯如圖所示。定子鐵芯定子繞組定子繞組是三相交流電機電路的一部分，由嵌放在定子鐵芯槽中的線圈按照一定規(guī)則連接成的三相定子繞組，其作用是產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場。三相定子繞組之間及繞組與定子鐵芯槽之間均墊有絕緣材料，并用膠木槽楔緊固。定子三相繞組在空間位置、結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)等方面完全對稱，六個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2連接到電機外部接線盒中的留個接線柱，定子繞組的接法主要有三角形和星形兩種。定子線圈及接線柱接法2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子分為鼠籠式和繞線式兩種，主要有轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三個部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯是三相異步電機磁路的構(gòu)成部分，為減小磁滯與渦流損耗，一般采用0.5mm厚、表面有絕緣層的硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓表面沖有均勻分布的槽，用于安裝轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子鐵芯如圖所示。轉(zhuǎn)子鐵芯鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組一般在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)放置裸銅條或鋁條等，兩端用短路環(huán)焊接起來，構(gòu)成閉合回路，由于形狀像鼠籠，故稱鼠籠式，鼠籠式轉(zhuǎn)子如圖所示。鼠籠式轉(zhuǎn)子2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，由相互絕緣的導(dǎo)線繞制而成的三相對稱繞組，采用星形連接。三個繞組的首端分別連接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個銅制集電環(huán)，集電環(huán)由電刷與外加變阻器連接，從而構(gòu)成閉合回路，調(diào)節(jié)變阻器阻值可達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速目的。繞線式轉(zhuǎn)子如圖所示。繞線式轉(zhuǎn)子軸承軸承的作用是支撐轉(zhuǎn)子，傳遞和輸出轉(zhuǎn)矩，保證轉(zhuǎn)子和定子之間有均勻的氣隙。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼經(jīng)車削加工而成。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（1）旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電機定子繞組星形連接，定子繞組中通入三相對稱交流電流，三相對稱交流電流如圖所示,相序為U→V→W。三相對稱交流電流的表達式如下：三相對稱交流電流（a）定子繞組星形連接（b）波形圖2.三相交流異步機工作原理2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理從三相交流電流的表達式及波形圖可以看出，每一時刻三相交流電流的大小、方向不同，因此每相電流產(chǎn)生的磁場不同，將三相交流電流產(chǎn)生的磁場按照矢量加法進行疊加運算，便可得出三相交流電流的合成磁場。不同時刻合成磁場的方向不同，三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如圖所示。三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場由此可知，當(dāng)定子繞組通入三相對稱交流電流時，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨電流的交變在空間中不斷旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于定子繞組中三相交流電流的相序,相序不同，旋轉(zhuǎn)磁場的方向不同。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過交流接觸器把三相繞組中任意兩相繞組首端與電源相連的線對調(diào),就能夠改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。在電動汽車中，通過電機控制器（MCU）調(diào)整三相交流電流的初相位來改變相序。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)、定子繞組在空間中的配置有關(guān)。如果每相繞組只有一個線圈，線圈在空間中相差120°，則合成旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，三相交流電流每交變一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中旋轉(zhuǎn)一周。如果每相繞組有兩個線圈串聯(lián)構(gòu)成，同時每相繞組的首端與首端、末端與末端之間在空間上相差60°，則合成旋轉(zhuǎn)磁場有兩對磁極。三相交流電流每交變一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中旋轉(zhuǎn)半周?？梢?，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比、與三相交流電流的頻率成正比。因此，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n0、定子繞組電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關(guān)系為

（3-4）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（3）工作原理三相交流異步電機的工作原理圖如圖所示，圖中N、S表示旋轉(zhuǎn)磁場的兩個磁極，轉(zhuǎn)子中只畫出了兩根導(dǎo)線。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場順時針旋轉(zhuǎn)時，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，方向由右手定則判定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩端用短路環(huán)焊接起來形成閉合回路，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中有感應(yīng)電流流過。通有電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到安倍力F的作用，安倍力方向根據(jù)左手定則確定。安倍力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。由圖可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。三相交流異步電機的工作原理圖2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（4）轉(zhuǎn)差率三相異步交流電機在正常工作時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，即n＜n0，因此成為異步電機。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同，那么轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間不存在相對運動，旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線無法切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，因此也就不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。為衡量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，定義了轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)差率是三相異步電機的一個重要參數(shù)。通常三相異步電機在額定負載運行時轉(zhuǎn)差率為2%～5%；電機啟動瞬間，轉(zhuǎn)差率達到最大（s=1）。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理電機驅(qū)動電動汽車行駛就要為車輛提供一定的轉(zhuǎn)矩，并能夠以一定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是電動汽車對驅(qū)動電機提出的兩項基本要求。機械特性是指轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或者轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系，即n=f（T）或者s=f（T）。研究電機機械特性對滿足車輛行駛工況要求、優(yōu)化動力匹配、合理設(shè)計電機控制和調(diào)速系統(tǒng)有著重要的意義。對于三相異步電機，轉(zhuǎn)矩的一個表達式為2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理3三相交流異步電機機械特性轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率特性曲線圖轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理三、永磁同步電機結(jié)構(gòu)與原理永磁同步電動機（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM）的定子繞組與普通同步電動機的定子繞組一樣。永磁同步電動機是用徑向內(nèi)置永久磁鐵磁極或混合永久磁鐵磁極，形成可同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁極，代替其他形式的勵式同步電動機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。永磁同步電機主要是由定子、轉(zhuǎn)子、機座、傳感器等各部件組成。北汽EV200驅(qū)動電機的總體構(gòu)成如圖所示。北汽EV200驅(qū)動電機的總體構(gòu)成2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

一般來說，永磁同步電機的定子結(jié)構(gòu)與普通感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)非常相似，主要區(qū)別在于永磁同步電機轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體，這種獨特結(jié)構(gòu)與其它電機形成了鮮明的差別。永磁同步電機定子如圖所示。

永磁同步電機在汽車上應(yīng)用的越來越廣泛，它具有功率密度高、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小、運行效率高、轉(zhuǎn)軸上無滑環(huán)和電刷等優(yōu)點。但是永磁同步電機也有自身的缺點，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下會產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對復(fù)雜的工作條件下，電機容易發(fā)生損壞，而且永磁材料價格較高，因此整個電機及其控制系統(tǒng)成本較高。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)總成如圖所示。為減小磁滯與渦流損耗，轉(zhuǎn)子鐵芯一般采用0.5mm厚、表面有絕緣層的硅鋼片疊制而成。永磁同步電機的運行原理與電勵磁同步電機相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵磁繞組勵磁，使電機結(jié)構(gòu)較為簡單，降低了加工和裝配費用，且無需勵磁電流，省去了勵磁損耗，提高了電機的效率和功率密度。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)總成2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理1永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的安裝位置不同，永磁同步電機轉(zhuǎn)子通常分為兩大類：外置式轉(zhuǎn)子和內(nèi)置式轉(zhuǎn)子（1）外置式轉(zhuǎn)子外置式轉(zhuǎn)子的永磁體為瓦片形，用合成膠粘貼在轉(zhuǎn)子表面。永磁體外表面與定子鐵芯內(nèi)圓之間套以起保護作用的非磁性套筒，功率稍大的電機用無維玻璃絲帶加以捆綁保護，防止高速旋轉(zhuǎn)脫落。外置式轉(zhuǎn)子如圖所示，它分為面貼式和表面嵌入式兩種結(jié)構(gòu)。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

對采用稀土永磁的電機來說，由于永磁材料的相對回復(fù)磁導(dǎo)率接近1，面貼式轉(zhuǎn)子在電磁性能上屬于隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；而嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是將永磁體嵌于轉(zhuǎn)子表面下，相鄰兩永磁磁極間有磁導(dǎo)率很大的鐵磁材料，故在電磁性能上屬于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。面貼式結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，在矩形波永磁同步電動機和恒功率運行范圍不寬的正弦波永磁同步電動機中得到了廣泛應(yīng)用。此外，永磁磁極易于實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，使之成為能使電機氣隙磁密波形趨近于正弦波的磁極形狀，可顯著提高電動機乃至整個傳動系統(tǒng)的性能。

嵌入式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)可充分利用轉(zhuǎn)子磁路的不對稱性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機的功率密度，動態(tài)性能較面貼式有所改善，制造工藝也較簡單，常被調(diào)速永磁同步電機所采用。但漏磁系數(shù)和制造成本都較面貼式大。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理（2）內(nèi)置式轉(zhuǎn)子這類結(jié)構(gòu)的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，永磁體外表面與定子鐵芯內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或銅條籠，起阻尼或起動作用，動、穩(wěn)態(tài)性能好，廣泛用于要求有異步起動能力或動態(tài)性能高的永磁同步電機。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子內(nèi)的永體受到極靴的保護，其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的不對稱性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩也有助于提高電動機的過載能力和功率密度，而且易于"弱磁"擴速。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子如圖所示，根據(jù)永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系分為徑向式、切向式、混合式三種。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

徑向式結(jié)構(gòu)這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是漏磁系數(shù)小、轉(zhuǎn)軸上不需采取隔磁措施、極弧系數(shù)易于控制、轉(zhuǎn)子沖片機械強度高、安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形等。永磁體軸向插入永磁體槽并通過隔磁空氣槽限制漏磁通，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，轉(zhuǎn)子機械強度高，因而近年來應(yīng)用較為廣泛。切向式結(jié)構(gòu)這類結(jié)構(gòu)的漏磁系數(shù)較大，需采用相應(yīng)的隔磁措施，電機的制造工藝和制造成本較徑向式結(jié)構(gòu)有所增加。其優(yōu)點在于一個極距下的磁通由相臨兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通。尤其當(dāng)電機極數(shù)較多、徑向式結(jié)構(gòu)不能提供足夠的每極磁通時，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢便顯得更為突出。此外，采用切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的磁阻轉(zhuǎn)矩在電機總電磁轉(zhuǎn)矩中的比例可達40%，這對充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機功率密度和擴展電機的恒功率運行范圍都是很有利的?；旌鲜浇Y(jié)構(gòu)集中了徑向式和切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有點，但其結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜，制造成本也比較高，需采用非磁性轉(zhuǎn)軸或采用隔磁銅套，主要應(yīng)用于采用剩磁密度較低的鐵氧體永磁的永磁同步電動機。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

永磁同步電機基本工作原理是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，于是永磁轉(zhuǎn)子跟隨定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，故稱之為同步電動機。為便于介紹，以方波驅(qū)動的12槽8極分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步電機為例介紹其工作原理，定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖如圖3-34所示，圖中，A、B、C為霍爾傳感器，安裝在定子兩個齒極間的空隙處，用來檢測轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子的兩個磁極交界處通過霍爾元件時，霍爾元件檢測到極性變化，發(fā)出信號控制驅(qū)動電路進行三相電流的切換。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2永磁同步電機工作原理U、V、W三相繞組的線圈連接2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

線圈1、4、7、10串聯(lián)組成U相繞組，線圈2、5、8、11串聯(lián)組成V相繞組；線圈3、6、9、12串聯(lián)組成W相繞組。U、V、W三相繞組的線圈連接如圖3-35所示，12個線圈組成三相繞組，三相的末端連接起來構(gòu)成三角形接法。根據(jù)每相繞組的連接方式可知：空間旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p=4，定子繞組的電流每交變一次，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中旋轉(zhuǎn)四分之一個圓周，即90°。

定子繞組有6個開通狀態(tài)，6個狀態(tài)為一個周期，一個周期轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周需4個周期，把6個狀態(tài)的時間段分別稱為T1、T2、T3、T4、T5、T6。三相繞組驅(qū)動電路如圖所示，由功率開關(guān)管BG1至BG6輪流導(dǎo)通分時段為三相繞組提供方波驅(qū)動信號。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理BG1BG2BG3BG4BG5BG6電源+電源-WUU-VV-W-2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理三相繞組驅(qū)動電路

T1時刻霍爾元件C檢測到轉(zhuǎn)子磁極由S變?yōu)镹，功率開關(guān)管BG2、BG6導(dǎo)通，其他截止，驅(qū)動電源輸出為V相正，W相負，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（a）所示。T2時刻霍爾元件A檢測到轉(zhuǎn)子磁極由N變?yōu)镾，功率開關(guān)管BG1、BG6導(dǎo)通，驅(qū)動電源輸出為U相正、W相負，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（b）所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理T3時刻霍爾元件B檢測到轉(zhuǎn)子磁極由S變?yōu)镹，功率開關(guān)管BG1、BG5導(dǎo)通，驅(qū)動電源輸出為U相正、V相負，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（a）所示。T4時刻霍爾元件C檢測到轉(zhuǎn)子磁極由N變?yōu)镾，功率開關(guān)管BG3、BG5導(dǎo)通，驅(qū)動電源輸出為W相正、V相負，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（b）所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

T5時刻霍爾元件A檢測到轉(zhuǎn)子磁極由S變?yōu)镹，驅(qū)動電源輸出為W相正、U相負，功率開關(guān)管BG3、BG4導(dǎo)通，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（a）所示。T6時刻，霍爾元件B檢測到轉(zhuǎn)子磁極由N變?yōu)镾，功率開關(guān)管BG2、BG4導(dǎo)通，驅(qū)動電源輸出為V相正、U相負，兩相線圈產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（b）所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理T6結(jié)束再次進入T1，重新循環(huán)，轉(zhuǎn)子就不停的旋轉(zhuǎn)下去。同步電機轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組電流的相序。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理開關(guān)磁阻電機（SwitchReluctanceMachine，SRM）作為一種新型電機，相比其他類型的驅(qū)動電機而言，開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)最為簡單。開關(guān)磁阻電機總成解剖圖如圖所示，主要有定子繞組、轉(zhuǎn)子凸極等組成。開關(guān)磁阻電機總成解剖圖2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理四、開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)與原理1定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖所示。定子鐵芯由硅鋼片疊制而成，為凸極結(jié)構(gòu)，在定子凸極上繞有線圈（定子繞組），用來向電機提供工作磁場，把徑向相對的兩個繞組串聯(lián)成一個磁極，稱一相，該電機有3相。結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)，稱該電機為三相6/4結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子鐵芯所組成，轉(zhuǎn)子上既沒有繞組也沒有永磁體。轉(zhuǎn)子鐵芯為凸極結(jié)構(gòu)，為磁場提供磁路。一般，相數(shù)和極數(shù)增多，有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高電機低速運行的平穩(wěn)性，但導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率開關(guān)元件增多、成本增高。目前應(yīng)用較多的為三相6/4極、12/8極和四相8/6極的開關(guān)磁阻電機。開關(guān)磁阻電機常用的相數(shù)與極數(shù)組合見表3-3。開關(guān)磁阻電機的定子與轉(zhuǎn)子2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理表3-3開關(guān)磁阻電機常用相數(shù)與極數(shù)組合相數(shù)定子極數(shù)轉(zhuǎn)子極數(shù)2428436264681284865104

2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

磁阻電動機運用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動機，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關(guān)控制，故稱為開關(guān)磁阻電動機。它的運行遵循磁阻最小原理，即：磁通總要沿最小路徑閉合，轉(zhuǎn)子凸極軸線總趨向于電子產(chǎn)生磁通軸線對齊。當(dāng)定子某相繞組通電勵磁，產(chǎn)生的磁場磁力線由于扭曲而引起切向磁拉力，以使相近轉(zhuǎn)子凸極軸線旋轉(zhuǎn)到與定子的電勵磁軸線相對齊位置，由于其“對齊”趨勢使磁阻電機產(chǎn)生特有的有效電磁磁阻轉(zhuǎn)矩。以三相6/4極開關(guān)磁阻電動機為例，U、V、W相線圈由功率開關(guān)BG1、BG2、BG3控制電流通斷，并約定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動前的轉(zhuǎn)角為0o。三相6/4極開關(guān)磁阻電機及功率變換器如下圖所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2開關(guān)磁阻電機工作原理三相6/4極開關(guān)磁阻電機及功率變換器2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理U相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開始異時針轉(zhuǎn)動；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10o的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到20o的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30o為止，到了30o轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動，此時磁路最短。三相6/4極開關(guān)磁阻電動機U相通電如圖所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30o前切斷U相電源，并在30o時接通V相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，三相6/4極開關(guān)磁阻電動機V相通電如圖所示，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到40o的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到50o的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60o為止。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到60o前切斷V相電源，并在60o時接通W相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，三相6/4極開關(guān)磁阻電動機W相通電如圖所示。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到70o的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到80o的圖，磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90o為止。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90o前切斷W相電源，轉(zhuǎn)子在90o的狀態(tài)與前面0o開始時一樣，重復(fù)前面過程，接通U相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會不停的旋轉(zhuǎn)。開關(guān)磁阻電機的旋轉(zhuǎn)速度與線圈通斷電的改變頻率有關(guān)，頻率越高，電機轉(zhuǎn)速越快。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電動機（SRM）、功率變換器、電子控制器、位置檢測器、電流檢測器等構(gòu)成，開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。

開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)構(gòu)成2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理3開關(guān)磁阻電動機的轉(zhuǎn)速控制

功率變換器的作用是將動力電池提供的能量經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換后提供給開關(guān)磁阻電動機，由動力電池或交流電整流后得到的直流電供電。它以功率開關(guān)為主要器件，在控制器的控制下起到開、關(guān)的作用，使繞組與電源接通或斷開，同時還為繞組提供能量回饋路徑。由于SRM繞組電流是單向的，使得其功率變換器主電路不僅結(jié)構(gòu)較簡單，而且相繞組與主開關(guān)器件是串聯(lián)的，因而可防止短路故障。電子控制器綜合處理速度指令、速度反饋信號即電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對SRM運行狀態(tài)的控制。開關(guān)磁阻電動機需要高精度的位置檢測器，來為控制系統(tǒng)提供電動機轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和電流的變化信號，并要求有較高的開關(guān)頻率以降低開關(guān)磁阻電動機的噪聲。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理

開關(guān)磁阻電機具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)和控制簡單、力矩大，可靠性高，成本低，起動制動性能好，運行效率高；功率變換器電路簡單；可以在寬廣的速度和負載范圍內(nèi)運行；起動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩矩大；冗錯能力強，在缺相情況下仍能可靠運行。主要缺點有：由于電磁轉(zhuǎn)矩脈動較大，振動與噪聲較嚴(yán)重；功率開關(guān)元件關(guān)斷時電機定子繞組端部及開關(guān)器件上產(chǎn)生較高的電壓尖峰。產(chǎn)生振動與噪音的主要原因是當(dāng)定子各相繞組依序輪流通電時電機產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩具有明顯的脈動，另外，齒極所受徑向磁拉力的變化，引起了定子鐵心的變形和振動。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理4開關(guān)磁阻電機特點采用輪轂電機驅(qū)動可大大縮短從驅(qū)動電機到驅(qū)動車輪的傳遞路徑，節(jié)省大量有效空間便于整車總體布局。每臺電機的轉(zhuǎn)速可獨立調(diào)節(jié)控制，便于實現(xiàn)電子差速，既省去了機械差速器，也有利于提高汽車轉(zhuǎn)彎時的操控性。輪轂式電機的工作原理與永磁同步電機相同，其結(jié)構(gòu)一般分為：內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子結(jié)構(gòu)兩種。內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子輪毅電動機直接安裝在車輪的輪緣上，可完全去掉變速裝置，車輪轉(zhuǎn)速與驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速相等，通常采用低速大轉(zhuǎn)矩電機。內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子輪轂電動機，其轉(zhuǎn)子作為輸出軸與固定減速比的行星齒輪太陽輪相連，輪轂通常與齒圈連接，能提供較大的減速比，來放大輸出轉(zhuǎn)矩。以內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子輪轂電機為例，輪轂電機總成結(jié)構(gòu)如圖所示。輪轂電機總成2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理五、輪轂電機1定子定子主要由定子機架、定子鐵芯和定子繞組三個部分構(gòu)成。定子機架固定在主軸上，主軸中心有通孔，定子繞組的電源與控制信號電纜、冷卻液管道從孔中進入定子，在主軸上還安裝有輪轂軸承與端蓋軸承，連接冷卻液管道，與外部冷卻液泵連接，對定子鐵芯進行冷卻。定子機架結(jié)構(gòu)如圖所示。在定子機架上安裝定子鐵芯，定子鐵芯由硅鋼片沖制疊成，在定子鐵芯的每個齒上繞有線圈，所有線圈節(jié)距為1，這些線圈組成三相繞組，稱為集中式繞組，集中繞組線圈的端部長度短，銅損小，用銅量少，生產(chǎn)加工較容易，電機效率也較高。按規(guī)定的方式對線圈進行連接，如圖所示。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理定子鐵芯及繞組轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子機座、轉(zhuǎn)子磁軛和永磁體磁極三個部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子機座與轉(zhuǎn)子端蓋是整個轉(zhuǎn)子的支撐密封外殼。轉(zhuǎn)子機座安裝在輪轂軸承的法蘭上，轉(zhuǎn)子端蓋安裝在端蓋軸承法蘭上。在轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)圓周安裝有永磁體磁極，磁通方向為徑向，相鄰磁極的極性相反，轉(zhuǎn)子磁軛是安裝在轉(zhuǎn)子機座的內(nèi)圓周壁上，在磁軛內(nèi)圓周壁上貼有永磁體磁極。輪轂電機轉(zhuǎn)子2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理2轉(zhuǎn)子輪轂電機采用單電機驅(qū)動形式，在安裝過程中先安裝定子，再安裝轉(zhuǎn)子。安裝好車輪的輪轂電機剖視圖如圖所示。輪轂電機剖視圖2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理輪轂電機的優(yōu)點：省略大量傳動部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡單；可實現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動方式；便于采用多種新能源車技術(shù)。輪轂電機的缺點：增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動慣量，對車輛的操控有所影響；電制動性能有限，維持制動系統(tǒng)運行需要消耗電能；輪轂電機工作的環(huán)境惡劣，面臨水、灰塵等多方面影響，在密封方面也有較高要求，同時在設(shè)計上也需要為輪轂電機單獨考慮散熱問題。2驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與原理3輪轂電機的特點學(xué)習(xí)目標(biāo)3電機控制器構(gòu)成與功能1.掌握電機控制器功用；2.能正確描述電機控制器的結(jié)構(gòu)組成；3.熟悉電機控制器的工作原理。電機控制器（MCU）是電機系統(tǒng)的控制中心，將輸入的直流高壓電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電，供給配套驅(qū)動電機使用；同時，對所有的輸入信號進行處理，控制驅(qū)動電機運行狀態(tài)，并將驅(qū)動電機運行狀態(tài)發(fā)送給整車控制器（VCU）。電機控制器（MCU）內(nèi)含功能診斷電路，當(dāng)診斷出異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給VCU。電機控制器（MCU）及安裝位置如圖所示。電機控制器（MCU）一、電機控制器（MCU）功用3電機控制器構(gòu)成與功能工作過程中，使用以下傳感器完成對驅(qū)動電機運行狀態(tài)信息采集。（1）電流傳感器用以檢測電機工作的實際電流（包括母線電流、三相交流電流）。（2）電壓傳感器用以檢測供給電機控制器工作的實際電壓（包括動力電池電壓、12V蓄電池電壓）（3）溫度傳感器用以檢測電機控制系統(tǒng)的工作溫度，包括IGBT模塊溫度、電機控制器板載溫度、電機定子繞組的溫度。PT1000型熱敏電阻溫度傳感器如圖所示，傳感器接口見表3-4。表3-4傳感器接口編號信號名稱說明GTH0電機溫度傳感器接口HTL01電機狀態(tài)檢測3電機控制器構(gòu)成與功能溫度傳感器（4）旋變傳感器用以檢測電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件，當(dāng)勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系。由控制器編碼后可以獲知電機轉(zhuǎn)速。傳感器線圈固定在殼體上，信號齒圈固定在轉(zhuǎn)子上。傳感器線圈：由勵磁、正弦、余弦三個線圈組成一個傳感器，如圖所示。旋變傳感器3電機控制器構(gòu)成與功能電機控制器(ＭＣＵ)通過采集電流、電壓、溫度、絕緣及其他參數(shù)判斷電機和電機控制器是否工作在安全范圍內(nèi)如果超出這個范圍將對電機和電機控制器(ＭＣＵ)采取保護措施并產(chǎn)生故障代碼發(fā)送至整車控制器(ＶＣＵ)。電機控制器的通信功能包括與整車控制器的通信、與其他器件的通信電機控制器通信功能如圖所示在電機系統(tǒng)運行期間電機控制器需將電機系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時的發(fā)送給整車控制器。3電機控制器構(gòu)成與功能３通信功能２診斷功能整車控制器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋。在能量回饋過程中，電機控制器（MCU）將發(fā)電機輸出的三相交流電流進行整流、濾波、升壓，將能量回收到動力電池。純電動汽車在坡上起步時，駕駛員從松開制動踏板到踩油門踏板過程中，會出現(xiàn)整車向后溜車的現(xiàn)象。在坡上行駛過程中，如果駕駛員踩油門踏板的深度不夠，整車會出現(xiàn)車速逐漸降到0然后向后溜車現(xiàn)象。為了防止純電動車在坡上起步和運行時向后溜車現(xiàn)象，在整車控制策略中增加了防溜車功能。防溜車功能可以保證整車在坡上起步時，向后溜車小于10cm；在整車坡上運行過程中如果動力不足時，整車車速會慢慢降到0，然后保持車速0，不再向后溜車。3電機控制器構(gòu)成與功能4制動能量回饋5防溜車功能控制主要由接口電路、控制主板、IGBT模塊（驅(qū)動）、超級電容、放電電阻、電流感應(yīng)器、殼體水道等組成，如圖所示。其中，超級電容在接高壓電路時能給電容充電，在電機啟動時保持電壓的穩(wěn)定；放電電阻在斷開高壓電路時，通過電阻給電容放電，在放電電路故障時，在報送放電超時故障的同時切斷高壓供電。電機控制器(ＭＣＵ)3電機控制器構(gòu)成與功能二、電機控制器（MCU）結(jié)構(gòu)與接口(１)超級電容超級電容在電動汽車上電時充電在電機啟動時保持電壓穩(wěn)定防止因驅(qū)動電機啟動電流太大造成對動力電池沖擊。(２)放電電阻在斷開高壓電路時通過電阻給電容放電在放電電路故障時在報送放電超時故障的同時切斷高壓供電。(３)ＩＧＢＴ模塊ＩＧＢＴ(ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ)，絕緣柵雙極型晶體管是由ＢＪＴ(雙極型三極管)和ＭＯＳＦＥＴ(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率開關(guān)器件，兼有ＭＯＳＦＥＴ的高輸入阻抗和ＧＴＲ(功率晶體管)的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。ＩＧＢＴ模塊根據(jù)控制器主板的指令，將輸入的高壓直流電流逆變成頻率可調(diào)的三相交流電流供給配套的三相永磁同步電機使用。在能量回收過程中對三相交流電流進行整流，同時檢測直流母線電壓、驅(qū)動電機相電流以及ＩＧＢＴ模塊溫度并將檢測信息反饋給電機控制器。ＩＧＢＴ模塊如圖所示。3電機控制器構(gòu)成與功能2電機控制器（MCU）接口驅(qū)動電機系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息會通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)上傳給整車控制器（VCU)，傳輸通道是兩根信號線束，分別是電機到控制器的19PIN插件和控制器到VCU的35PIN插件。3電機控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動電機系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息會通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)上傳給整車控制器（VCU)，傳輸通道是兩根信號線束，分別是電機到控制器的19PIN插件和控制器到VCU的35PIN插件。其中電機到控制器的19PIN低壓插件接口如圖所示，接口定義見表3-5；電機到控制器到VCU的35PIN低壓插件接口定義見表3-6。連接器型號編號信號名稱說明19PINA激勵繞組R1電機旋轉(zhuǎn)變壓器接口B激勵繞組R2C余弦繞組S1D余弦繞組S3E正弦繞組S2F正弦繞組S4GTH0電機溫度接口HTL0LHVIL1(+L1)高低壓互鎖接口MHVIL2(+L2)3電機控制器構(gòu)成與功能表3-519PIN低壓插件接口3電機控制器構(gòu)成與功能表3-6

35PIN低壓插件接口三、電機控制器控制原理整車控制器根據(jù)車輛運行的不同情況：包括車速、檔位、電池SOC值，決定電機輸出扭矩/功率。當(dāng)電機控制器從整車控制器處得到扭矩輸出命令時，將動力電池提供的直流電轉(zhuǎn)化成三相正弦交流電，驅(qū)動電機輸出扭矩通過機械傳輸來驅(qū)動車輛。技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)直流輸入電壓336V工作電壓范圍265~410V控制電源12V控制器電源電壓范圍9~16V標(biāo)稱容量85kVA重量9kg防護等級IP67尺寸（長×寬×高）403×249×1401.驅(qū)動電機系統(tǒng)工作條件高壓電源輸入正常（絕緣性能大于20MΩ）；低壓12V電源供電正常（電壓范圍9-16V）；與整車控制器通訊正常；電容放電正常；旋變傳感器信號正常；三相交流輸出電路正常；電機及電機控制器溫度正常；開蓋保持開關(guān)信號正常。以EV200為例，其電機控制器參數(shù)指標(biāo)見表3-7。表3-7電機控制器參數(shù)指標(biāo)3電機控制器構(gòu)成與功能2脈沖調(diào)制(ＰＷＭ)原理電機控制器(ＭＣＵ)采用斬波電路通過正弦交流電壓將三角波調(diào)制成寬度可調(diào)的脈沖斬波電路及輸出波形如果驅(qū)動電機的定子繞組采用三角形連接，電機驅(qū)動電路如圖所示斬波電路輸出波形作為ＩＧＢＴ控制端Ｓ信號控制功率開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的時刻及時間長度。如果Ｕ相線圈要獲得如圖所示方向的電壓，則功率開關(guān)管ＢＧ１和ＢＧ２導(dǎo)通其他關(guān)斷；如果Ｕ相要獲得相反方向的電壓則功率開關(guān)管ＢＧ５與ＢＧ４導(dǎo)通其他關(guān)斷。驅(qū)動電機定子繞組電壓波形如圖所示。圖中正弦波為定子繞組。3電機控制器構(gòu)成與功能3電機控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動電機定子繞組電壓波形電機驅(qū)動電路驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略，下面以北汽EV200為例介紹驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略。EV200采用的是基于STATE機制的驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略。基于整車STATE機制上下電策略要求，約束了該機制下MCU在整車上下電過程各STATE中應(yīng)該執(zhí)行的動作、需要實現(xiàn)邏輯功能、允許及禁止的診斷等。驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略如圖所示。3電機控制器構(gòu)成與功能四、驅(qū)動電機控制策略驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略1.驅(qū)動電機系統(tǒng)上下電控制策略（1）驅(qū)動電機系統(tǒng)上電流程3電機控制器構(gòu)成與功能（2）驅(qū)動電機系統(tǒng)下電流程3電機控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動電機