新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)

1、第四章 驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)4.1 驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)概述新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第1頁 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是車輛行駛主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征決定了車輛主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟(jì)性和用戶駕乘感受?？梢?，驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是純電動汽車中十分主要部件。 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)控制器組成，經(jīng)過高低壓線束、冷卻管路，與整車其它系統(tǒng)作電氣和散熱連接. 整車控制器（VCU）依據(jù)駕駛員意圖發(fā)出各種指令，電機(jī)控制器響應(yīng)并反饋，實(shí)時調(diào)整驅(qū)動電機(jī)輸出，以實(shí)現(xiàn)整車怠速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功效。電機(jī)控制器另一個主要功效是通信和保護(hù)，實(shí)時進(jìn)行狀態(tài)和故障檢測，保護(hù)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)和整車安全可靠運(yùn)行。

2、新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第2頁2.電動汽車對驅(qū)動電機(jī)性能要求（1）結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、功率密度高、轉(zhuǎn)矩密度高純電動汽車整車布置空間有限，所以要求電機(jī)結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，便于安裝布置。（2）可靠性要求高能夠在惡劣條件下可靠工作，電機(jī)應(yīng)含有較高可靠性耐溫和耐蝕性，而且能夠在較惡劣條件下長久使用。（3）重量輕、效率高、高效區(qū)廣驅(qū)動電機(jī)重量輕有利于降低整車重量，延長汽車?yán)m(xù)航里程。電機(jī)可經(jīng)過采取鋁合金外殼等路徑降低其重量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)材料也盡可能選取輕質(zhì)材料。（3）低噪音、低振動、舒適性強(qiáng)為了滿足駕駛舒適性要求，要求電機(jī)低噪音，低振動。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第3頁3.電機(jī)及分類新能源汽車驅(qū)

3、動電機(jī)及控制系統(tǒng)第4頁4.驅(qū)動電機(jī)主要性能指標(biāo)及特點(diǎn)（1）主要性能指標(biāo)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第5頁序號性能指標(biāo)定義1額定電壓在額定工況運(yùn)行時，電機(jī)定子繞組應(yīng)輸入線電壓。2額定電流在額定電壓下，電機(jī)軸上輸出機(jī)械功率為額定功率時，電機(jī)定子繞組經(jīng)過線電流值。3額定轉(zhuǎn)速在額定電壓輸入下以額定功率輸出時對應(yīng)電機(jī)最低轉(zhuǎn)速。4額定功率額定條件下，電機(jī)軸上輸出機(jī)械功率。5峰值功率在要求時間內(nèi)，電機(jī)允許輸出最大功率。6最高工作轉(zhuǎn)速對應(yīng)于電動汽車最高設(shè)計(jì)車速電機(jī)轉(zhuǎn)速。7最高轉(zhuǎn)速在無帶載條件下，電機(jī)允許旋轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速。8額定轉(zhuǎn)矩電機(jī)在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下輸出轉(zhuǎn)距。9峰值轉(zhuǎn)矩電機(jī)在要求連續(xù)時間內(nèi)允許輸出最大轉(zhuǎn)矩。

4、10堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)子在全部角位堵住時所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩最小測值11機(jī)械效率在額定運(yùn)行時電機(jī)軸上輸出機(jī)械功率與電機(jī)在額定運(yùn)行時電源輸入到電機(jī)定子繞組上功率之比值。12電機(jī)及控制器整體效率電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出功率除以控制器輸入功率13溫升電機(jī)在運(yùn)行時允許升高最高溫度。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第6頁（2）各種驅(qū)動電機(jī)基本性能比較項(xiàng)目直流電動機(jī)三相異步電動機(jī)永磁同時電動機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)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(fù)荷效率（%）80-8790-9297-8578-86功率因數(shù)（%）-82-8590-9360-65恒功率區(qū)-1：

5、51：2.251：3轉(zhuǎn)速范圍（rpm）4000-60001-04000-10000能夠大于15000可靠性普通好優(yōu)良好結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性差好普通優(yōu)良電機(jī)外形尺寸大中小小電機(jī)質(zhì)量重中輕輕新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第7頁5.電機(jī)中所用材料 電機(jī)中使用材料主要包含:導(dǎo)電材料、導(dǎo)磁材料、絕緣材料、結(jié)構(gòu)材料等。導(dǎo)電材料為紫銅線、鋁線，用于制成電機(jī)繞組。導(dǎo)磁材料主要是0.35或0.5mm厚硅鋼片疊成,組成電機(jī)磁路。絕緣材料用來把導(dǎo)電體之間、導(dǎo)電體與鐵磁體之間絕緣開來，絕緣等級與允許溫度對應(yīng)關(guān)系如表4-3所表示。結(jié)構(gòu)材料是制造電機(jī)所需要其它金屬材料。絕緣等級AEBFH允許溫度 OC105120130155180新

6、能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第8頁4.2 直流電機(jī) 直流電機(jī)因?yàn)榇嬖谡{(diào)速性能好、過載能力強(qiáng)、控制簡單等優(yōu)勢，曾在調(diào)速電機(jī)領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，20世紀(jì)70年代前，對調(diào)速性能要求較高場所均采取直流電機(jī)。也是電動車輛應(yīng)用最早較廣泛電機(jī)。但因?yàn)榇嬖趽Q向火花、電刷磨損及電機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，伴隨交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展，交流調(diào)速電機(jī)以后居上。當(dāng)前城市無軌電車和電動叉車等場所還較多采取直流驅(qū)動系統(tǒng)雖直流電機(jī)應(yīng)用在逐年降低，但它包含了電力調(diào)速系統(tǒng)最基礎(chǔ)理論，即仍有必要來分析討論。并對由蓄電池提供直流電源車輛，也有可能設(shè)法以適當(dāng)簡化驅(qū)動器來降低成本。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第9頁1.直流電動機(jī)特點(diǎn)（1） 調(diào)速性能好

7、 直流電動機(jī)能夠在重負(fù)荷條件下, 實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速, 而且調(diào)速范圍較寬 。（2）起動轉(zhuǎn)矩大 能夠均勻且經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整, 所以,凡是在重負(fù)荷下起動或是要求均勻調(diào)整轉(zhuǎn)速機(jī)械, 都能夠使用直流電動機(jī)。（3）控制簡單 普通用斬波器控制, 含有效率高、控制靈活、質(zhì)量和體積小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。（4）易磨損 因?yàn)榇嬖陔娝ⅰ?換向器等易損件, 所以必須進(jìn)行定時維護(hù)或更換。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第10頁2.新能源汽車直流電動機(jī)性能要求（1）低能耗性 為了延長一次充電續(xù)駛里程以及抑制電動機(jī)溫升、 盡可能保持低損耗和高效率成為直流電動機(jī)主要特征 。 近年來, 因?yàn)橄⊥料盗杏来朋w研究開發(fā), 直流電動機(jī)效率

8、已顯著提升,能耗顯著減低。（2）環(huán)境適應(yīng)性 直流電動機(jī)作為新能源汽車驅(qū)動電機(jī)時, 與在室外使用時環(huán)境大致相同, 所以要求在設(shè)計(jì)時充分考慮密封問題, 預(yù)防灰塵和水汽侵入電動機(jī), 另外還要考慮電動機(jī)散熱性能。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第11頁（3）抗振動性 因?yàn)橹绷麟妱訖C(jī)含有較重電樞, 所以在顛簸路況行駛時, 車輛振動會影響到軸承所承受機(jī)械應(yīng)力, 對這個應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控和采取對應(yīng)對策是很有必要。 同時因?yàn)檎駝? 很輕易影響到換向器和電刷滑動接觸, 所以必須采取提升電刷彈簧預(yù)緊力等辦法。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第12頁（4）抗負(fù)載波動性 車輛在不一樣路況下行駛, 電動機(jī)負(fù)荷會有較大變動,在市區(qū)行駛

9、時,因?yàn)榻煌ㄐ盘柮芗暗缆窊頂D等原因,車輛起動、加速和制動等工況較頻繁, 不可防止經(jīng)常在最大功率下運(yùn)行, 此時電刷與換向器之間電火花和磨損非常猛烈, 所以必須注意換向極和賠償繞組設(shè)計(jì) 。在郊外行駛時, 電動機(jī)輸出速度較高,轉(zhuǎn)矩較低, 普通要以高效率額定條件運(yùn)行,而直流電動機(jī)在高速運(yùn)行情況下,對其換向器部分機(jī)械應(yīng)力和換向條件要求會變得嚴(yán)格, 所以在大型車輛驅(qū)動系統(tǒng)中, 大多設(shè)置變速器以到達(dá)提升起動轉(zhuǎn)矩目標(biāo) 。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第13頁(5)小型化、輕量化 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子部分含有較大百分比銅, 如電樞繞組和換向器銅片, 所以與其它類型電動機(jī)相比, 直流電動機(jī)小型化和輕量化更難以實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)

10、前能夠經(jīng)過采取高磁導(dǎo)率、 低損耗電磁鋼板降低磁性負(fù)荷, 即使增加了成本, 但能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化 。 (6)免維護(hù)性 對于電刷, 依據(jù)負(fù)荷情況和運(yùn)行速度等使用條件不一樣, 更換時間和維修次數(shù)也是不。對應(yīng)處理方法是:采取不損傷換向器電刷材質(zhì),而且將檢査端口設(shè)計(jì)較大,以延長電刷使用壽命和便于維修、 更換 。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第14頁3.直流電機(jī)基本原理（1）直流電動機(jī)工作原理新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第15頁 導(dǎo)體ab段正處于N極下，cd段在S極上。電流正極從電刷A流入線圈，方向?yàn)?ab、cd，再經(jīng)電刷B返回電源負(fù)極。如導(dǎo)體所處磁通密度為B，導(dǎo)體有效長度為l，電流為i，按電磁力定律此時導(dǎo)體所

11、受電磁力F =B l i。其方向由左手定則判定，即導(dǎo)體ab和cd受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩均使電機(jī)轉(zhuǎn)子按逆時針轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180導(dǎo)體ab段與cd段對換，使cd段在N極下，ab段在S極上。電流經(jīng)電刷A由d端流入線圈內(nèi)，方向?yàn)閐c、ba，仍如圖4-3箭頭所表示。依據(jù)左手定則判定導(dǎo)體ab和cd受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩仍為逆時針方向。即雖導(dǎo)體內(nèi)電流方向改變，但受力轉(zhuǎn)矩方向不變，使轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第16頁（2）直流發(fā)電機(jī)工作原理4-4直流發(fā)電機(jī)工作原理示意圖新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第17頁 原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子電樞按逆時針旋轉(zhuǎn)， 如圖4-4所導(dǎo)體ab段在N極下，cd段在S極上。如導(dǎo)體所處磁通密度為B，

12、長度為l，其線速度為v，則依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體感應(yīng)電動勢瞬時值e =B l v。電動勢方向按右手定則如圖4-4 箭頭所表示：N極下ab段為ba、S極上cd段為dc。線圈abcd電動勢為ab(或cd)2倍，并使電刷極性方向A為正、B為負(fù)。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180導(dǎo)體ab段與cd段對換，使cd段在N極下，ab段在S極上，電動勢方向仍如圖箭頭所表示：cd段為cd、ab段為ab。因電刷不隨換向片轉(zhuǎn)動使線圈abcd電動勢方向仍是:電刷極性方向A為正、B為負(fù)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時繞組感應(yīng)交變電動勢經(jīng)換向器與電刷變成直流電動勢。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第18頁4.直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、氣息等部

13、分組成4-5直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第19頁（1）定子 定子由主磁極、換向極、機(jī)座、電刷裝置四部分組成。主磁極在定、轉(zhuǎn)子間氣隙中建立磁場，致使電樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩或感應(yīng)電動勢。它由包含極身和極掌主極鐵心及勵磁繞組組成，按N、S極相隔排列。 電刷裝置作用是使旋轉(zhuǎn)電樞電路連接靜止外電路，與換向器配合進(jìn)行逆變或整流。它由電刷、刷握、握桿、握桿座以及銅絲辮等零部件組成。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第20頁（2）轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器三部分組成。 電樞鐵心是電機(jī)主磁路部分，并嵌放電樞繞組。常由涂絕緣漆0.5mm厚硅鋼片疊壓成，以降低電樞旋轉(zhuǎn)使磁通變向引發(fā)鐵心損耗。 電

14、樞繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩或感應(yīng)電動勢，起轉(zhuǎn)換機(jī)電能量關(guān)鍵。 換向器用來確保各磁極電樞導(dǎo)體電流方向不變，產(chǎn)生恒向電磁轉(zhuǎn)矩；或在電刷間得到直流電動勢。因繞組由多個元件組成，各元件兩端與各換向片連接，所換向器由多個相互絕緣銅制換向片組成。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第21頁（3）氣隙 氣隙是定子磁極和轉(zhuǎn)子電樞間自然形成縫隙，它雖不為結(jié)構(gòu)部件，但為主磁路主要部分，是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換媒介。氣隙大小直接影響電機(jī)性能，越小磁損耗越小，使效率越高，但受機(jī)械加工精度和旋轉(zhuǎn)同軸度限制，所以隨電機(jī)容量(體積)和最高允許轉(zhuǎn)速增加而增大。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第22頁5.直流電機(jī)勵磁方式 按直流電機(jī)結(jié)構(gòu)原理，主磁極勵磁有永

15、磁式和電勵磁式兩種。電勵磁式由勵磁繞組供電有圖4-6所表示四類，而并勵、串勵和復(fù)勵通稱自勵。 他勵 并勵 串勵 復(fù)勵圖4-6直流電機(jī)勵磁方式新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第23頁 直流電機(jī)勵磁繞組所耗功率雖只占整個電機(jī)功率13%，但其性能隨勵磁方式不一樣產(chǎn)生很大差異，電動機(jī)機(jī)械特征也大不相同，如圖4-7所表示圖4-7 直流電動機(jī)機(jī)械特征新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第24頁4.2 交流感應(yīng)電動機(jī)1. 交流感應(yīng)電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖4-8交流感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第25頁1）定子部分 定子部分由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座三部分組成。定子鐵心壓裝在機(jī)座內(nèi)，是電機(jī)磁路一部分，鐵芯用0.5 m

16、m硅鋼片疊成，以降低鐵心損耗；疊片內(nèi)圓沖有槽，以嵌放定子(電樞)繞組。定子繞組是電機(jī)電路部分，按一定規(guī)律連接而成三相對稱繞組，嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。機(jī)座用來固定和支撐定子鐵心，普通不作為工作磁路組成部分，所以大多數(shù)采取鑄鐵鑄造而成，也能夠用鑄鋁或銅制成。中小電機(jī)用鑄鐵機(jī)座，大型電機(jī)用鋼板焊接而成。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第26頁2）轉(zhuǎn)子部分 轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組兩部分組成。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，是電機(jī)磁路一部分，用0.5 mm硅鋼片疊成，以降低鐵心損耗，疊片外圓沖有槽，以嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組有兩種結(jié)構(gòu)形式：鼠籠式轉(zhuǎn)子（圖4-9）和繞線式轉(zhuǎn)子（圖4-10），對應(yīng)使用鼠籠式轉(zhuǎn)子稱為鼠籠

17、型異步電動機(jī)而采取繞線式轉(zhuǎn)子稱為繞線型異步電動機(jī)。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第27頁鑄鋁轉(zhuǎn)子 銅條轉(zhuǎn)子 圖4-9 鼠籠式轉(zhuǎn)子新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第28頁 繞線式轉(zhuǎn)子繞組是對稱三相繞組，普通采取星形聯(lián)結(jié)。三相繞組出線端分別接在三個滑環(huán)上，經(jīng)電刷引出，再經(jīng)串聯(lián)電阻后短接起來。轉(zhuǎn)子回路串電阻，能夠改進(jìn)電動機(jī)起動性能或?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)調(diào)速。圖4-10 繞線式轉(zhuǎn)子新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第29頁3）氣隙 定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙大小，對電動機(jī)性能影響很大。變壓器主磁路全部是鐵心，磁阻很小，產(chǎn)生主磁通所需勵磁電流很?。?10%）。異步電機(jī)主磁路由定、轉(zhuǎn)子鐵心和兩段氣隙組成，氣隙即使很小但磁阻卻很大，所以

18、產(chǎn)生一定主磁通所需要勵磁電流較大，普通為額定電流2050%。勵磁電流是無功電流，勵磁電流較大是異步電動機(jī)功率因數(shù)較低主要原因。為提升功率因數(shù)，必須減小勵磁電流，最有效方法就是減小氣隙長度。異步電動機(jī)氣隙大小普通為0.21.5 mm左右。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第30頁2.工作原理圖4-12三相繞組空間布置 圖4-13三相繞組星形連接新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第31頁圖4-14 繞組中電流波形新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第32頁 在t1時刻t= 90，iU實(shí)際方向與參考方向一致,即電流從U1流到U2,而iV、iU實(shí)際方向與參考方向相反, 即電流分別從 V2、W2流到 V1、W1，依據(jù)右手螺

19、旋法則可知三相電流合成磁場如圖4-15（a）所表示，為一對磁極磁場,方向自下而上 。 在t2時刻t= 210，三相電流合成磁場如圖4-15(b)所表示。 此時兩極磁場在空問位置較 t1,時刻沿順時針方向旋轉(zhuǎn)了120。 在t3時刻t= 330，三相電流合成磁場如圖4-15(c)所表示。 此時兩極磁場在空間位置較 t2時刻沿順時針方向又旋轉(zhuǎn)了120。 在 t4時刻,兩極磁場又沿順時針方向旋轉(zhuǎn)120而回到了圖4-15(a) 所表示位置。當(dāng)三相電流不停改變時,合成磁場在空間將不停旋轉(zhuǎn),這么就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第33頁 圖4-15 三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場（a）t1時刻 三相電流合

20、成磁場（b） t2時刻 三相電流合成磁場（c）t3時刻三相電流合成磁場新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第34頁3. 三相異步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài) （1）轉(zhuǎn)差率 同時轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差稱為n=n1-n稱為轉(zhuǎn)差,轉(zhuǎn)差n與同時轉(zhuǎn)速n1比值稱為轉(zhuǎn)差率，用字母S表示，即： 新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第35頁（2） 三相異步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)三相異步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以下表4-4所表示：狀態(tài)制動狀態(tài)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài)理想空載狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 0n=0 0n n1轉(zhuǎn)差率s 1s=11 s 0s=0s 0新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第36頁6. 三相異步電動機(jī)驅(qū)動電機(jī)調(diào)速方法 從以上方程可知經(jīng)過控制頻率f1、磁極對

21、數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s能夠控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速。經(jīng)過調(diào)整三相交流電頻率,也就調(diào)整了同時轉(zhuǎn)速,也就調(diào)整了異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。只要平滑地調(diào)整三相交流電頻率,就能實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)無調(diào)速 ,就能使三相異步電動機(jī)調(diào)速性能趕超直流電動機(jī) 。 因?yàn)殡妱悠囘\(yùn)行工況較為復(fù)雜，所以普通采取控制多變量方法。其中應(yīng)用比較成功是變頻變壓控制（VVVF）、磁場定向控制（FOC）（矢量控制或解耦控制）等。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第37頁（1）變頻變壓控制（VVVF）U1E14.44 N1k 1f1mU1定子繞組三相交流電壓，E1氣隙磁通在定子每相繞組中感應(yīng)電動勢N1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)E1定子每相繞組感應(yīng)電動勢m旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通最大

22、磁通最大值k1定子基波繞組系數(shù)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第38頁（1）在基頻以下調(diào)速 當(dāng)交流電機(jī)在基頻（額定頻率）以下調(diào)速時，必須同時降低E1,使U1/ f1 (簡稱“壓頻比”)保持不變。保持氣隙磁通m不變,就意味著定子勵磁電流不變,也就意味著電動機(jī)轉(zhuǎn)矩不變,所以在基頻以下調(diào)速時,電動機(jī)調(diào)速機(jī)械特征含有恒轉(zhuǎn)矩特征。表明電動機(jī)在不一樣轉(zhuǎn)速下都含有額定電流,都能在溫升允許條件下長久運(yùn)行。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第39頁（2）在基頻以上調(diào)速 讓頻率f1從基頻向上調(diào)整時，不可能保持U1/ f1不變，因電壓U1不可能超出額定電壓。這時只能保持電壓U1不變，其結(jié)果是：使氣息磁通最大值m，隨頻率升高而

23、降低，電動機(jī)同時轉(zhuǎn)速升高，最大轉(zhuǎn)矩降低，輸出功率不變。所以，基頻以上調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。 總之，基于變頻變壓調(diào)速（VVVF）電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下，保持電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電機(jī)恒功率運(yùn)行，在電動汽車驅(qū)動中，還要求恒功率區(qū)調(diào)速范圍盡可能寬。但該控制沒有考慮到電機(jī)內(nèi)復(fù)雜電磁動態(tài)改變規(guī)律，所以動態(tài)控制性能不夠理想。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第40頁2）磁場定向控制（FOC） 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)有以下兩個特點(diǎn)： 定子勵磁電路和電樞供電電路相互獨(dú)立，卻能夠分別調(diào)整，互不干擾。 兩個磁場（主磁場和電樞磁場)在空間相互垂直，互不影響。 矢量控制基本思想是：仿照直流電動機(jī)調(diào)速特點(diǎn)，使異步交流電動

24、機(jī)轉(zhuǎn)速 也能經(jīng)過控制兩個相互獨(dú)立直流磁場進(jìn)行調(diào)整。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第41頁 異步電動機(jī)定子繞組通入三相平衡正弦電流，能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場在空間位置上相互垂直兩相繞組，通人兩相相位差為90平衡正弦電流，也會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場;直流電動機(jī)能夠轉(zhuǎn)動，是因?yàn)槠涠ㄗ永@組與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體分別通入直流電流后，產(chǎn)生兩個相互垂直磁場柑互作用結(jié)果。盡管電樞在轉(zhuǎn)動，但整流子電刷位置不動，才確保了電樞磁場在空間位置上與定子繞組磁場相互垂直。假如以直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子為參考物，那么，定子所產(chǎn)生磁場就是旋轉(zhuǎn)磁動勢新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第42頁三相旋轉(zhuǎn)磁場 兩相旋轉(zhuǎn)磁場 直流電動機(jī)內(nèi)兩等效磁場新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第43

25、頁 由此可見，以產(chǎn)生一樣旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，三相交流電繞組、兩相交流電繞組和兩組直流繞組能夠彼此等效。換句話說，三相交流電磁場能夠分解并等效為兩相相互垂直交流電磁場。這兩相交流電磁場，又和兩組直流繞組磁場等效，二者僅相差一個相位角，彼此關(guān)系如圖3-23所表示。這么，從整體上來看，A、B、C三相輸人（iA、iB、iC），轉(zhuǎn)速輸出，是一臺異步電動機(jī);從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換，和VR(同時矢量旋轉(zhuǎn)）坐標(biāo)變換（指同時矢量旋轉(zhuǎn)角，是等效兩相交流磁場與直流電動機(jī)磁場二者磁通軸瞬時夾角），變成一臺由直流電動機(jī)。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第44頁 異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換能夠等效成直流電動機(jī)，那么，模仿直流

26、電 動機(jī)控制方式，求得直流電動機(jī)控制量，經(jīng)過對應(yīng)坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機(jī)。因?yàn)檫M(jìn)行坐標(biāo)變換是電流（代表磁動勢）空間矢量，所以經(jīng)過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)稱為矢量變換控制系統(tǒng)或稱 矢量控制系統(tǒng)、磁場定向控制等。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第45頁4.3永磁同時電動機(jī)1.永磁同時電動機(jī)特點(diǎn) 永磁同時電機(jī)在汽車上應(yīng)用越來越廣泛，它含有功率密度高、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)軸上無滑環(huán)和電刷等優(yōu)點(diǎn)。不過永磁同時電機(jī)也有本身缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)子上永磁材料在高溫、震動和過流條件下，會產(chǎn)生磁性衰退現(xiàn)象，所以在相對復(fù)雜工作條件下，電機(jī)輕易發(fā)生損壞，而且永磁材料價格較高，所以整個電機(jī)及其控制系統(tǒng)成本較高。新能源汽車

27、驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第46頁2.永磁同時電動機(jī)分類永磁同時電動機(jī)按永磁體結(jié)構(gòu)分類內(nèi)置式永磁同時電動機(jī)表面永磁同時電動機(jī)按定子繞組感應(yīng)電勢波形分類梯形波永磁同時電動機(jī)BLDC正弦波永磁同時電動機(jī)PMSM 當(dāng)前在純電動汽車上應(yīng)用較多是正弦波永磁同時電動機(jī) (Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)，且電機(jī)永磁體普通采取內(nèi)置式。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第47頁3.永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu) 永磁同時電動機(jī)主要結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、旋轉(zhuǎn)變壓器等部件組成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4-17所表示圖4-17永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第48頁（1）定子 定子部

28、分與三相異步電動機(jī)完全一樣，三相繞組沿定子鐵心對稱分布，在空間互差120度電角度，通入三相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（2）轉(zhuǎn)子 永磁同時電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4-18所表示，轉(zhuǎn)子采取永磁體，當(dāng)前主要以釹鐵硼作為永磁材料。因?yàn)椴扇∮来朋w簡化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，提升了可靠性，又沒有轉(zhuǎn)子銅耗，提升電機(jī)效率。轉(zhuǎn)子鐵芯永磁體擋板轉(zhuǎn)子軸圖4-18 永磁同時電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第49頁 永磁體安裝形式（以下列圖4-19）有：表面貼裝式和內(nèi)埋式兩種，其中內(nèi)埋式又包含插入式及內(nèi)裝式。用于矢量控制PMSM，要求其永磁勵磁磁場波形是正弦，這也是PMSM一個基本特征。面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 內(nèi)裝式轉(zhuǎn)子

29、結(jié)構(gòu) 圖4-19 永磁體安裝形式新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第50頁4.永磁同時電動機(jī)工作原理 對稱相定子繞組通入對稱三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，永磁轉(zhuǎn)子在定子旋轉(zhuǎn)磁場磁力拖動下轉(zhuǎn)動且到達(dá)同時轉(zhuǎn)速。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第51頁5.永磁同時電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法 永磁同時電機(jī)調(diào)速方法也不停發(fā)展，主要經(jīng)歷了由他控式變頻調(diào)速發(fā)展到自控式變頻調(diào)速；由電壓波形正弦脈寬調(diào)制發(fā)展到電流波形正弦脈寬調(diào)制，再發(fā)展到磁通正弦脈寬調(diào)制；由矢量控制發(fā)展到直接轉(zhuǎn)矩控制，再發(fā)展到弱磁控制；從傳統(tǒng)百分比積分控制發(fā)展到含糊控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、教授控制等先進(jìn)控制策略。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第5

30、2頁（1）變頻變壓控制（VVVF） 在進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速控制時，希望保持電機(jī)中磁通量為額定值不變。在額定頻率以下，假如電壓一定而只降低頻率，那么氣隙磁通變大，造成磁路飽和，嚴(yán)重時燒毀電動機(jī)。所以為了保持氣隙磁通不變，近似保持電機(jī)在恒磁通工作狀態(tài)，就要求在降低供電頻率同時降低輸出電壓，保持U1f1為常數(shù)，這種控制方式為恒壓頻比控制。恒壓頻比控制SPWM（正弦脈寬調(diào)制）方法是永磁同時電機(jī)調(diào)速慣用控制方式之一。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第53頁 變壓變頻裝置(VVVF)控制變量為電機(jī)電壓和頻率，控制系統(tǒng)將參考電壓和頻率輸入至SPWM波形生成調(diào)制器中，輸出PWM信號控制逆變器電力電子器件導(dǎo)通或者關(guān)斷狀態(tài)

31、，由逆變器產(chǎn)生一個交變正弦電壓施加在電動機(jī)定子繞組上，使之運(yùn)行在指定電壓和參考頻率下。按照這種控制策略進(jìn)行控制，使供電電壓基波幅值伴隨速度指令成百分比線性增加，從而保持定子磁通近似恒定。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第54頁（2） 磁場定向控制（FOC）圖4-20 PMSM內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（電流解耦） 永磁同時電動機(jī)磁場定向控制技術(shù)關(guān)鍵是在轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中，針對電動機(jī)定子電流勵磁電流id和轉(zhuǎn)矩電流iq分別進(jìn)行獨(dú)立控制。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第55頁4-21永磁同時電動機(jī)矢量控制技術(shù)原理框圖新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第56頁 圖4-21中控制系統(tǒng)依據(jù)調(diào)速需求（結(jié)合給定轉(zhuǎn)速與電動機(jī)反饋轉(zhuǎn)速

32、），設(shè)定合理電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與磁鏈目標(biāo)值（磁鏈設(shè)定需要考慮電動機(jī)電壓與工作轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩設(shè)定需要考慮電動機(jī)電流，二者合理設(shè)定都需要考慮電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境），結(jié)合圖4-20中PMSM轉(zhuǎn)矩與電流關(guān)系，給出合理idref與iqref指令值。這兩個電流僅僅存在于dq坐標(biāo)系電動機(jī)數(shù)學(xué)模型中，并不能直接進(jìn)行電機(jī)控制，所以需要將它們轉(zhuǎn)化為三相定子坐系中變量。 經(jīng)過圖4-25中 2r/2s旋轉(zhuǎn)變換與2/3變換兩個單元作用后，得到了三相定子電流指令值（iAref、iBref、iCref）。采取適當(dāng)PMW（如電流滯環(huán)PMW）技術(shù)控制逆變器三相輸出電流緊緊跟隨該電流參考值。當(dāng)三相定子電流得到很好控制時候，就能夠認(rèn)為dq旋轉(zhuǎn)坐

33、標(biāo)系中勵磁電流id和轉(zhuǎn)矩電流iq得到了很好控制，則PMSM磁場與電磁轉(zhuǎn)矩就得到了很好控制。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第57頁4.4開關(guān)磁阻驅(qū)動電機(jī)1.開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)與分類 開關(guān)磁阻電機(jī)主要有定子與轉(zhuǎn)子兩部分組成(圖4-22)，定子均為凸極結(jié)構(gòu)，空間相正確兩個極上線圈串聯(lián)或并聯(lián)組成一相繞組。轉(zhuǎn)子也為凸極結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)子上無繞組。因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子都有凸起齒極，這種形式也稱為雙凸極結(jié)構(gòu)。定子繞組用來向電機(jī)提供工作磁場，在轉(zhuǎn)子上沒有線圈，這是磁阻電機(jī)主要特點(diǎn)。圖4-22 開關(guān)磁阻電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第58頁2.工作原理 開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理如圖4-23所表示，它運(yùn)行遵照磁阻最小原理

34、即：磁通總要沿磁阻最小路徑閉合，即轉(zhuǎn)子凸極軸線總趨向與定子產(chǎn)生磁通軸線對齊，最終確保在定子勵磁條件下取得最大定子磁鏈。當(dāng)定子某相繞組通電勵磁，產(chǎn)生磁場磁力線因?yàn)榕でl(fā)切向磁拉力，以使相近轉(zhuǎn)子凸極軸線旋轉(zhuǎn)到與定子電勵磁極軸線相對齊位置磁阻最小位置。因?yàn)槠洹皩R”趨勢使變磁阻電機(jī)產(chǎn)生特有有效電磁磁阻轉(zhuǎn)矩。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第59頁 V相通電 W相通電 R相通電 U相通電 圖4-23開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第60頁3.開關(guān)磁阻電機(jī)傳動系統(tǒng)特點(diǎn) 開關(guān)磁阻電機(jī)含有以下優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、維護(hù)量小；功率變換器電路簡單、可靠性高；能夠在寬廣速度和負(fù)載范圍內(nèi)高效率運(yùn)

35、行；控制方便、靈活，易于實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行；起動電流小，開啟轉(zhuǎn)矩大；容錯能力強(qiáng)，在缺相情況下仍能可靠運(yùn)行。主要缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)矩脈動大；振動與噪聲大。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第61頁4.開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成及轉(zhuǎn)速控制方法（1）開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)基本組成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)SRD(witched Reluctance Drive)基本組成以下圖4-24 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)基本組成新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第62頁（2）轉(zhuǎn)速控制方法 開關(guān)磁阻電機(jī)基本機(jī)械特征以下列圖4-26所表示，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，開關(guān)磁阻電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速成反比，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，電機(jī)反電動勢小，為限制繞組電流不超出允許值、取得恒轉(zhuǎn)矩

36、特征，通常采取固定開通角、關(guān)斷角，經(jīng)過斬波限流來控制外施電壓，該方法即稱為電流斬波控制CCC方式。在恒功率區(qū)，SR電機(jī)高于基速時電壓已為最高值，要使轉(zhuǎn)矩不隨升速而下降，只能經(jīng)過調(diào)整主開關(guān)管開通角、關(guān)斷角來增大電流，即經(jīng)角度位置控制取得恒功率特征，稱為角度位置控制(APC)，APC與CCC不一樣是每七天期對電流僅實(shí)施一次開關(guān)控制，所也稱單脈沖控制。在串勵特征區(qū)，電源電壓、開通角、關(guān)斷角均固定，該特征與串勵式直流電機(jī)特征相同。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第63頁圖4-26 開關(guān)磁阻電機(jī)基本機(jī)械特征新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第64頁4.5電機(jī)位置傳感器 在電機(jī)控制中，電機(jī)控制器需要取得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置

37、、旋向、轉(zhuǎn)速等參數(shù)方便進(jìn)行相關(guān)控制，而這些參數(shù)取得包含有位置傳感器和無位置傳感器兩種檢測法，無位置傳感器控制經(jīng)過檢測計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)物理量來間接取得轉(zhuǎn)子位置信息，因省去傳感器，對電機(jī)體積、成本、可靠性等都有好處，正在被引發(fā)重視，但當(dāng)前還處于研發(fā)階段。采取位置傳感器檢測，依據(jù)其應(yīng)用原理不一樣，慣用電機(jī)位置傳感器包含以下幾個類型：慣用有電磁式、光電式、磁敏式三種。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第65頁1.電磁式（旋轉(zhuǎn)變壓器）位置傳感器 旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱旋變，是一個輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角改變信號元件。當(dāng)勵磁繞組以一定頻率交流電壓勵磁時，輸出繞組電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一百分比關(guān)系，

38、或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。（1）旋轉(zhuǎn)變壓器分類旋轉(zhuǎn)變壓器依據(jù)輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間函數(shù)關(guān)系、電極對數(shù)及有沒有電刷可進(jìn)行以下列圖4-27所表示：新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第66頁圖4-27旋轉(zhuǎn)變壓器分類新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第67頁（2）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器 定子槽內(nèi)安置了逐槽反向串接輸入繞組1-1和兩個間隔繞制反向串接輸出繞組2-2，3-3。當(dāng)給輸入繞組1-1加上交流正弦電壓時，兩個輸出繞組2-2、3-3中分別得到兩個電壓，其幅值主要取決于定子和轉(zhuǎn)子齒相對位置間氣隙磁導(dǎo)大小。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對定子轉(zhuǎn)動時，空間氣隙磁導(dǎo)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個轉(zhuǎn)子齒距，氣隙磁導(dǎo)改變一個周期；而當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周時

39、，氣隙磁導(dǎo)改變周期數(shù)等于轉(zhuǎn)子齒數(shù)。這么，轉(zhuǎn)子齒數(shù)就相當(dāng)于磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器極對數(shù)，從而到達(dá)多極效果。氣隙磁導(dǎo)改變，造成輸入和輸出繞組之間互感改變，輸出繞組感應(yīng)電勢亦發(fā)生改變。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第68頁圖4-28 磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第69頁圖4-29 磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理圖 旋變勵磁繞組（原邊）單相電壓供電壓為： 副邊感生電壓： 其中U1m勵磁電壓幅值，勵磁電壓角頻率。US1S3余弦相輸出電壓，US2S4正弦相輸出電壓，U2m次級輸出電壓幅值；勵磁方和次級輸出方電壓之間相位角，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第70頁2.磁敏式位置傳感器 利用半導(dǎo)體材

40、料電參數(shù)按一定規(guī)律隨周圍磁場而改變特征制成磁敏感元件，常見磁敏傳感器有霍爾集成電路(或稱霍爾元件)、磁敏電阻器及磁敏二極管等各種?；魻栐敵鲭妷簶O性隨磁場方向改變而改變，依據(jù)霍爾效應(yīng)原理工作（如圖4-31），因?yàn)榛魻柤呻娐烦墒彀l(fā)展，使由它組成位置傳感器含有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已在無刷電機(jī)上被廣泛采取。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第71頁1.霍爾傳感器磁體 2.副軸 3.霍爾傳感器 4.定子繞組 5.轉(zhuǎn)子南磁極 6.軸驅(qū)動器 7.轉(zhuǎn)子北磁極 圖4-32 霍爾傳感器在永磁同時電機(jī)中應(yīng)用新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第72頁3.光電式位置傳感器 光電式位置傳感器是利用光電元件作位置信

41、息實(shí)現(xiàn)工具 ，它是將被測電機(jī)轉(zhuǎn)子相對位置改變量轉(zhuǎn)換為光電信號改變，然后利用光電元件將電機(jī)位置改變光信號轉(zhuǎn)換成電路能夠處理電信號。光電傳感器由 光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。1-光源2-柱面鏡3-碼盤4-狹縫5-光電元件 圖4-33 光電式位置傳感器原理新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第73頁4.6驅(qū)動電機(jī)控制器組成與功效1.驅(qū)動電機(jī)控制器主要功效序號電機(jī)控制器功效備注1控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)檔位手柄置于D檔時控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，檔位手柄置于R檔時控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。2控制電機(jī)加、減速在控制器控制電機(jī)運(yùn)行時，油門開度增大電機(jī)轉(zhuǎn)速變快，油門開度減小電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢。3控制電機(jī)開啟、停頓當(dāng)檔位手柄置于D檔或R檔時電機(jī)開

42、啟，在踩腳剎踏板或拉駐車手柄或檔位手柄置N檔或P檔時電機(jī)停頓。4CAN通信經(jīng)過CAN總線能接收控制指令和發(fā)送電機(jī)參數(shù)，及時把檔位信息、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流、旋轉(zhuǎn)方向傳給相關(guān)ECU.接收其它ECU傳遞信息，如電壓、電量等信息。5檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置依據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角度實(shí)電機(jī)對應(yīng)控制。6過流、過壓、過溫保護(hù)當(dāng)電機(jī)過溫、散熱器過溫、功率器過流、過壓、過溫時發(fā)出保護(hù)信號，停頓控制器運(yùn)行。7剎車制動與能量回饋剎車時能實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動、能量回饋。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第74頁2.驅(qū)動電機(jī)控制器參數(shù)指標(biāo)及含義技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)直流輸入電壓336V工作電壓范圍265410V控制電源12V控

43、制電源電壓范圍916V標(biāo)稱容量85kVA重量防護(hù)等級IP67尺寸（長X寬X高)403X249X140表4-9電機(jī)控制器參數(shù)指 以下為某品牌純電動汽車電機(jī)控制器（表4-9）及其所驅(qū)動電機(jī)（表4-10）參數(shù)指標(biāo):新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第75頁技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)類型永磁同時基速2812rpm轉(zhuǎn)速范圍09000rpm額定功率30kW峰值功率53kW額定扭矩102Nm峰值扭矩180Nm重量防護(hù)等級IP67尺寸（定子直徑X總長)()245X(L)280表4-10電機(jī)參數(shù)指標(biāo)新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第76頁3.驅(qū)動電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)及組成 驅(qū)動電機(jī)控制器整體由外殼、控制板、水道、直流高壓插件、UVW高壓

44、插件、功率器件（IGBT或MOSFET）模塊及驅(qū)動板等部件組成：外殼主控板 圖4-35 外殼與主控板新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第77頁從控板電流傳感器電容UVW輸出高壓輸入圖4-36 從控板與UVW高壓輸出端新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第78頁圖4-42功率器件（MOSFET）模塊 散熱板MOSFET新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第79頁(1)MOSFET模塊及驅(qū)動板 場效應(yīng)管按溝道材料型和絕緣柵型可分N溝道和P溝道兩種；按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強(qiáng)型，結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管現(xiàn)有耗盡型，也有增強(qiáng)型。絕緣柵型場效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)

45、簡稱MOSFET。圖4-38平面N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第80頁當(dāng)UGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止（圖4-39）。圖4-39 場效應(yīng)管截止新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第81頁 當(dāng)UGS0V時，縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，假如加有漏源電壓，就能夠形成漏極電流id，即管子導(dǎo)通（圖4-40）。圖4-40 場效應(yīng)管導(dǎo)通新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第82頁 電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型（圖4-41），符號如圖4-42所表示。電力MOSFET導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)分。它采

46、取多元集成結(jié)構(gòu)，不一樣生產(chǎn)廠家采取了不一樣設(shè)計(jì)。小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?。電力MOSFET大都采取垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。 圖4-41 電力MOSFET結(jié)構(gòu)（N溝道增強(qiáng)型VDMOS一個單元截面圖）圖4-42 電力MOSFET電氣符號新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第83頁(2)IGBT模塊及驅(qū)動板圖4-43 IGBT模塊 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊（圖4-43）是驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)控制中心，又稱智能功率模塊。它主要作用是將動力電池直流電逆成電壓、頻率可調(diào)三相交流電，供給配套電機(jī)使用。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第84頁 圖4-44 IGBT結(jié)構(gòu)、

47、簡化等效電路及電氣圖形符號新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第85頁 IGBT為三端器件含有：柵極G、集電極C和發(fā)射極E，結(jié)構(gòu)及符號如圖4-44所表示。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積P+N結(jié)J1，使IGBT導(dǎo)通時由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT含有很強(qiáng)通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動厚基區(qū)PNP晶體管。 驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，是一個場控器件，其通斷由柵極與發(fā)射極電壓UGE決定。當(dāng)UGE大于開啟電壓UGE（th）MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，

48、使得IGBT導(dǎo)通。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)溝道消失，晶體管基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第86頁(3)三相兩電平電壓源型逆變電路 圖4-45 采取IGBT三相電壓型橋式逆變電路新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第87頁圖4-46 三相電壓型橋式逆變電路工作波形新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第88頁圖4-47某品牌純電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略4.電機(jī)控制策略(1)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第89頁(2)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)工作模式驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)工作模式包含驅(qū)動與發(fā)電兩種工作模式。 1）驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動模式 整車控制器依據(jù)車輛運(yùn)行

49、不一樣情況，包含車速、檔位、電池 SOC 值來決定，電機(jī)輸出扭矩/功率。當(dāng)電機(jī)控制器從整車控制器處得到扭矩輸出命令時，將動力電池提供直流電，轉(zhuǎn)化成三相正弦交流電,驅(qū)動電機(jī)輸出扭矩，經(jīng)過機(jī)械傳輸來驅(qū)動車輛。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第90頁圖4-48 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動模式新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第91頁2)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電模式 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電模式如圖4-49所表示，當(dāng)車輛在溜車或剎車制動時候，電機(jī)控制器從整車控制器得到發(fā)電命令后，電機(jī)控制器將電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。此時電機(jī)會將車子動能轉(zhuǎn)化成電能。然后，三相正弦交流電經(jīng)過電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化為直流電，存放到電池中。圖4-49 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電模式新能

50、源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第92頁(3)溫度保護(hù)功效 1）電機(jī)溫度保護(hù) 當(dāng)控制器監(jiān)測到驅(qū)動電機(jī)溫度傳感器顯示：120溫度140 時，降功率運(yùn)行； 溫度140 時，降功率至0 ，即停機(jī)。 2）控制器溫度保護(hù)當(dāng)控制器監(jiān)測到散熱基板溫度為：溫度85 時，超溫保護(hù)，即停機(jī)。 當(dāng)控制器監(jiān)測到散熱基板溫度為： 85 溫度75 時，降功率運(yùn)行。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第93頁(4)制動能量回饋控制 整車控制器或電機(jī)控制器依據(jù)加速踏板和制動踏板開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池狀態(tài)信息(如 SOC值)來判斷某一時刻能否進(jìn)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前提下,回收能部分能量。 依據(jù)

51、加速踏板和制動踏板信號，制動能量回收能夠分為兩個階段（圖4-50），簡單劃分條件是：階段一是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開始、階段二是在駕駛員踩下了制動踏板后開始。圖4-50制動能量回收兩個階段新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第94頁制動能量回饋標(biāo)準(zhǔn)：1）能量回收制動不應(yīng)該干預(yù)ABS工作。2）當(dāng)ABS進(jìn)行制動力調(diào)整時，制動能量回收不應(yīng)該工作。3）當(dāng)ABS報(bào)警時，制動能量回收不應(yīng)該工作。4）當(dāng)電驅(qū)動系統(tǒng)含有故障時，制動能量回收不應(yīng)該工作。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第95頁(5)防溜車功效控制 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

52、現(xiàn)象。在坡上行駛過程中，假如駕駛員踩油門踏板深度不夠，整車會出現(xiàn)車速逐步降到0然后向后溜車現(xiàn)象。 為了預(yù)防純電動車在坡上起步和運(yùn)行時向后溜車現(xiàn)象，在整車控制策略中增加了防溜車功效。防溜車功效能夠確保整車在坡上起步時，向后溜車小于10cm；在整車坡上運(yùn)行過程中假如動力不足時，整車車速會慢慢降到0，然后保持0車速，不再向后溜車。 新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第96頁4.7 電機(jī)與控制器維護(hù)與保養(yǎng)1、電機(jī)維護(hù)與保養(yǎng)在對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行維護(hù)之前應(yīng)該首先下電，然后依據(jù)以下步驟進(jìn)行：（1）檢驗(yàn)高、低壓線束插件是否插接牢靠（需下電）。（2）檢驗(yàn)電機(jī)軸承看是否有油脂漏出。（3）檢驗(yàn)電機(jī)溫度傳感器和速度傳感器連接是否正常，接插件不要虛接。（4）溫度傳感器電阻值應(yīng)該符合維修手冊要求（比如某車型要求在25攝氏度左右溫度傳感器電阻值為590610）。新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)第97頁（5）檢驗(yàn)車輛運(yùn)行過程中驅(qū)動電機(jī)是否有異響；注意區(qū)分是機(jī)械噪聲（類似“咔咔”、“噠噠”聲），還是電磁噪聲（類似“滋”，頻率高，刺耳），假如是后者，可暫