電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理項(xiàng)目三 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)

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

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要由整車控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、機(jī)械傳動(dòng)裝置和冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整車控制器（VCU）相當(dāng)于電動(dòng)汽車的“大腦”，控制電動(dòng)汽車的所有部件，其主要功能為識(shí)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(dòng)模塊、控制電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)等。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(duì)駕駛員操作信息及控命令進(jìn)行分析處理，加速踏板、制動(dòng)踏板的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩命令。驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)駕駛員操作的響應(yīng)性能取決于VCU對(duì)加速踏板電信號(hào)解釋結(jié)果,直接影響駕駛員的控制效果和操控感覺(jué)。（2）驅(qū)動(dòng)控制根據(jù)駕駛員對(duì)車輛的操縱輸入(加速踏板、制動(dòng)踏板以及選檔開(kāi)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(jī)控制器（MCU）發(fā)出相應(yīng)指令，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛，以滿足駕駛員對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力性要求；同時(shí)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(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述（3）制動(dòng)能量回饋控制在滑行制動(dòng)和剎車制動(dòng)過(guò)程中，整車控制器（VCU）根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板開(kāi)度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動(dòng)力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來(lái)判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋，在滿足安全性能、制動(dòng)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(dòng)和剎車制動(dòng)過(guò)程中的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制。制動(dòng)能量回收示意圖如圖所示。制動(dòng)能量回收示意圖1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述

根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板信號(hào)，制動(dòng)能量回收可以簡(jiǎn)單的分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段：在車輛行駛過(guò)程中駕駛員松開(kāi)加速踏板但沒(méi)有踩下制動(dòng)踏板；第二個(gè)階段：在駕駛員踩下了制動(dòng)踏板。制動(dòng)能量回饋的原則如下：能量回收制動(dòng)不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作；當(dāng)ABS進(jìn)行制動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)ABS報(bào)警時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有故障時(shí)，制動(dòng)能量回收不應(yīng)該工作。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述（4）整車能量?jī)?yōu)化管理通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)（BMS）、傳動(dòng)系統(tǒng)以及其它車載能源動(dòng)力系統(tǒng)(如空調(diào)、電動(dòng)泵等)的協(xié)調(diào)和管理，提高整車能量利用效率，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。（5）高壓上下電控制根據(jù)駕駛員對(duì)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的控制，進(jìn)行動(dòng)力電池的高壓接觸器開(kāi)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(jī)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(kāi)時(shí)間等。

（6）車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示整車控制器（VCU）對(duì)車輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將各個(gè)子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過(guò)程是通過(guò)傳感器和CAN總線，檢測(cè)車輛狀態(tài)及其動(dòng)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(dòng)顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過(guò)數(shù)字儀表顯示出來(lái)。狀態(tài)信息顯示如圖所示。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jìn)行故障診斷，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。根據(jù)傳感器的輸入及其他通過(guò)CAN總線通信得到電機(jī)、電池、充電機(jī)等信息，對(duì)各種故障進(jìn)行判斷、等級(jí)分類、報(bào)警顯示；存儲(chǔ)故障碼，供維修時(shí)查看。故障指示燈指示出故障類型和部分故障碼。在行車過(guò)程中根據(jù)故障內(nèi)容，故障診斷與處理。故障分級(jí)及處理方式見(jiàn)下表。等級(jí)名稱故障后處理故障列表一級(jí)致命故障緊急斷開(kāi)高壓MCU直流母線過(guò)壓故障、BMS一級(jí)故障；二級(jí)嚴(yán)重故障零扭矩MCU相電流過(guò)流、IGBT、旋變等故障；電機(jī)節(jié)點(diǎn)丟失故障；檔位信號(hào)故障。三級(jí)一般故障跛行加速踏板信號(hào)故障。降功率MCU電機(jī)超速保護(hù)。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(jí)故障。限速<15km/h低壓欠壓故障、制動(dòng)故障。四級(jí)輕微故障儀表顯示，能量回收故障，僅停止能量回收。MCU電機(jī)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(dòng)電機(jī)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(guò)程控制、防溜車功能控制、電動(dòng)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(yuǎn)程控制等功能，其中遠(yuǎn)程控制包括遠(yuǎn)程查詢功能、遠(yuǎn)程空調(diào)控制及遠(yuǎn)程充電控制。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器（MCU）功能是接收整車控制器（VCU）的指令，將動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)須配套使用，對(duì)于三相交流電機(jī)、永磁同步電機(jī)需通過(guò)電機(jī)控制器（MCU）進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓矢量控制；對(duì)于磁阻電機(jī)則是通過(guò)控制順序脈沖頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)汽車進(jìn)行倒車行駛時(shí)，通過(guò)電機(jī)控制器（MCU）改變?nèi)嘟涣麟妷旱南嘈蚴闺妱?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪反向行駛。電機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接如圖所示。

電機(jī)控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接2電機(jī)控制器（MCU）1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述當(dāng)電動(dòng)汽車處于滑行制動(dòng)和剎車制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)控制器（MCU）轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳛V波器，其功能是將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波和升壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，將電能回饋給動(dòng)力蓄電池，實(shí)現(xiàn)能量回收。電機(jī)控制器（MCU）的另一個(gè)功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、母線電流、三相交流電流、動(dòng)力電池電壓、高壓線束的絕緣等，電機(jī)控制器（MCU）內(nèi)含故障診斷電路。當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將會(huì)激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，通過(guò)CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器，同時(shí)存儲(chǔ)該故障碼和數(shù)據(jù)。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述

驅(qū)動(dòng)電機(jī)在電動(dòng)汽車中承擔(dān)著驅(qū)動(dòng)車輛和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械旋轉(zhuǎn)能；而在降速和下坡滑行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系如圖所示。3驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述機(jī)械傳動(dòng)裝置的主要功能是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低、扭矩升高，以實(shí)現(xiàn)整車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速需求。對(duì)于純電動(dòng)汽車，由于電動(dòng)機(jī)本身具有較好的調(diào)速特性，其變速機(jī)構(gòu)可被大大簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，又可以省去驅(qū)動(dòng)橋、機(jī)械差速器、半軸等傳動(dòng)部件。北汽EV200二級(jí)主減速器如圖所示。4.機(jī)械傳動(dòng)裝置北汽EV200電動(dòng)汽車2級(jí)主減速器1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述按照電動(dòng)汽車上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)目不同，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式可分為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般又分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式和電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式兩種。（1）機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式在保持內(nèi)燃機(jī)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，用驅(qū)動(dòng)電機(jī)替換傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的區(qū)別很小。主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、離合器、變速箱、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等部件構(gòu)成。機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式二、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能有效發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，不利于降低車身重量。這種驅(qū)動(dòng)模式在純電動(dòng)汽車上很少應(yīng)用，但由于混合動(dòng)力汽車本身帶有發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然需要通過(guò)變速器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，所以混合動(dòng)力汽車多采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式。機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式如圖所示。1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述（2）電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式在純電動(dòng)汽車中有著較為廣泛的應(yīng)用，其總體構(gòu)成是在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)端蓋的輸出軸處加裝主減速器和差速器等，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、固定速比減速器、差速器組合成一個(gè)驅(qū)動(dòng)整體，通過(guò)固定速比的減速作用來(lái)放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。由于省掉了離合器和變速器，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率得到提高，同時(shí)還使整車機(jī)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?cái)U(kuò)大汽車動(dòng)力電池的布置空間和汽車的乘坐空間。但這種布置形式對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速要求比較高，與機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式相比，此構(gòu)型要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)模式，可以有驅(qū)動(dòng)電機(jī)前置前驅(qū)（FF）或驅(qū)動(dòng)電機(jī)后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式如圖所示。電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述（1）電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式同電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式相比，整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更進(jìn)一步減少了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)元件數(shù)量，因而使整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率進(jìn)一步提高，同時(shí)可以節(jié)省很多的空間，形成了電動(dòng)汽車所獨(dú)有的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式。它一般由兩個(gè)輪邊電機(jī)分別與兩個(gè)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(gè)驅(qū)動(dòng)輪鏈接，取消了機(jī)械差速器，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)獨(dú)立控制轉(zhuǎn)速；在左右兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)中間安裝有電子差速器，能使電動(dòng)汽車得到更好的靈活性，可以方便地引入ASR控制，通過(guò)控制車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)制動(dòng)等措施，提高汽車的通過(guò)性和在復(fù)雜路況上的動(dòng)力性。這種驅(qū)動(dòng)模式的主要特點(diǎn)是：整體布局簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)多種功能，如驅(qū)動(dòng)防滑、制動(dòng)力分配、防側(cè)滑等。電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在汽車上的布局也有電動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)（FF）和電動(dòng)機(jī)后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖所示。電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式2多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述

多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般又分為電機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式和輪轂電機(jī)分散方式兩種驅(qū)動(dòng)方式。（2）輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式輪轂電機(jī)分散式就是把驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在電動(dòng)汽車的車輪輪轂中，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動(dòng)。同傳統(tǒng)汽車相比，輪轂電機(jī)分散式電動(dòng)汽車，把傳統(tǒng)汽車的機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)所占空間完全釋放出來(lái)，使動(dòng)力電池、行李箱等有足夠的空間。同時(shí)，它還可以對(duì)每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制，有利于提高車輛的轉(zhuǎn)向靈活性和主動(dòng)安全性，可以充分利用路面的附著力，便于引進(jìn)電子控制技術(shù)。采用輪轂電機(jī)分散式的動(dòng)力系統(tǒng)必須要解決的問(wèn)題就是如何保證車輛行駛的方向穩(wěn)定性，同時(shí)，動(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)體積較小。輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式如圖所示。輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1.了解驅(qū)動(dòng)電機(jī)的種類及特點(diǎn)；2．掌握三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的調(diào)速方法、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法；4．掌握永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的調(diào)速方法、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法。6．掌握開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；7．基本了解開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法；8．掌握輪轂電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜述2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本類型電機(jī)的主要性能參數(shù)1234驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化部件，并將自身的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常要求能夠頻繁地啟動(dòng)/停車、加速/減速，低速或爬坡時(shí)要求高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速，而高速行駛時(shí)則要求低轉(zhuǎn)矩、恒功率，并要求變速范圍大，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性。汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的要求如圖所示。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜述1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)特點(diǎn)電動(dòng)汽車常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有直流電機(jī)、三相交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)與輪轂電機(jī)等。（1）直流電機(jī)直流電機(jī)具有產(chǎn)品成熟，控制方式簡(jiǎn)單，調(diào)速優(yōu)良等特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車發(fā)展早期，很多電動(dòng)汽車采用直流電動(dòng)機(jī)方案。但由于其自身復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)(電刷、換向器等)，制約了瞬時(shí)過(guò)載能力和轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高；機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生損耗，提高了維護(hù)成本；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電刷火花會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，浪費(fèi)能量，散熱困難，還會(huì)造成高頻電磁干擾。這些因素都會(huì)影響具體整車性能，目前的電動(dòng)汽車已經(jīng)將直流電機(jī)淘汰。直流電機(jī)如圖所示。直流電機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本類型（2）三相交流異步電機(jī)三相交流異步電機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，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(méi)有相互接觸的機(jī)械部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠耐用，維修方便。交流異步電機(jī)與同功率的直流電機(jī)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)勢(shì)，三相交流異步機(jī)是目前大功率電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣的電機(jī)。三相交流異步電機(jī)如圖所示。三相交流異步電機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（3）永磁同步電機(jī)永磁無(wú)刷電機(jī)分為兩類，一類是方波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電機(jī)，另一類是正弦波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、位置檢測(cè)和控制方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),但是由于換相電流很難達(dá)到理想狀態(tài),因此會(huì)造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)噪聲等問(wèn)題。永磁同步電機(jī)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(diǎn),通過(guò)合理設(shè)計(jì)永磁磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能,提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。所以在電動(dòng)汽車方面得到了廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機(jī)如圖所示。永磁同步電機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（4）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型電機(jī)，相比其他類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)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(méi)有繞組，定子裝有簡(jiǎn)單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)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(diǎn)；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(shí)適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)如圖所示。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

四種電機(jī)的性能比較性能及類型直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍/rpm4000～600012000～200004000～10000＞15000功率密度低中高較高過(guò)載能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790負(fù)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(jiān)固性差好好好功率范圍小寬小很寬過(guò)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理3電機(jī)的主要性能參數(shù)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型代號(hào)、尺寸規(guī)格代號(hào)、信號(hào)反饋元件代號(hào)、冷卻方式代號(hào)、預(yù)留代號(hào)五部分組成。（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型代號(hào)

KC—開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；TF—方波控制型永磁同步電機(jī)；TZ—正弦控制型永磁同步電機(jī)；YR—異步電機(jī)(繞線式)；YS—異步電機(jī)(鼠籠式)；ZL—直流電機(jī)。其他類型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型代號(hào)由制造商參照GB/T4831《旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)品型號(hào)編制方法》進(jìn)行規(guī)定。（2）尺寸規(guī)格代號(hào)一般采用定子鐵心的外徑來(lái)表示，對(duì)于外轉(zhuǎn)子電機(jī)，采用外轉(zhuǎn)子鐵心外徑來(lái)表示。（3）信號(hào)反饋元件代號(hào)M—光電編碼器；X—旋轉(zhuǎn)變壓器；H—霍爾元件。無(wú)傳感器不必標(biāo)注。（4）冷卻方式代號(hào)S—水冷方式；Y—油冷方式；F—強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。自然冷卻不必標(biāo)注。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理4驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)二、交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1三相交流異步機(jī)結(jié)構(gòu)三相交流異步機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成,固定不動(dòng)的部分稱為定子,轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng),定子與轉(zhuǎn)子之間留有0.2～2mm的空氣隙。三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)（1）定子定子主要由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組三個(gè)部分構(gòu)成。機(jī)座主要用來(lái)固定定子鐵芯和定子繞組，并以前后兩個(gè)端蓋支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其外表還具有散熱作業(yè)。電動(dòng)汽車使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于中小型電機(jī)，其機(jī)座一般用鑄鐵鑄成。機(jī)座如圖所示。機(jī)座2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理定子鐵芯定子鐵芯是三相異步電機(jī)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(jī)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(chǎng)。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(duì)稱，六個(gè)出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2連接到電機(jī)外部接線盒中的留個(gè)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(dòng)電機(jī)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(gè)部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯是三相異步電機(jī)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(lái)，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(dòng)電機(jī)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(duì)稱繞組，采用星形連接。三個(gè)繞組的首端分別連接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)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(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相異步電機(jī)定子繞組星形連接，定子繞組中通入三相對(duì)稱交流電流，三相對(duì)稱交流電流如圖所示,相序?yàn)閁→V→W。三相對(duì)稱交流電流的表達(dá)式如下：三相對(duì)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(jī)工作原理2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理從三相交流電流的表達(dá)式及波形圖可以看出，每一時(shí)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(chǎng)不同，將三相交流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)按照矢量加法進(jìn)行疊加運(yùn)算，便可得出三相交流電流的合成磁場(chǎng)。不同時(shí)刻合成磁場(chǎng)的方向不同，三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如圖所示。三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由此可知，當(dāng)定子繞組通入三相對(duì)稱交流電流時(shí)，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨電流的交變?cè)诳臻g中不斷旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的方向不同。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)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(duì)調(diào),就能夠改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。在電動(dòng)汽車中，通過(guò)電機(jī)控制器（MCU）調(diào)整三相交流電流的初相位來(lái)改變相序。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)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(gè)線圈，線圈在空間中相差120°，則合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極，三相交流電流每交變一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間中旋轉(zhuǎn)一周。如果每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成，同時(shí)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(chǎng)有兩對(duì)磁極。三相交流電流每交變一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間中旋轉(zhuǎn)半周?？梢?jiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)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(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速n0、定子繞組電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系為

（3-4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（3）工作原理三相交流異步電機(jī)的工作原理圖如圖所示，圖中N、S表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的兩個(gè)磁極，轉(zhuǎn)子中只畫(huà)出了兩根導(dǎo)線。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(lái)形成閉合回路，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中有感應(yīng)電流流過(guò)。通有電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場(chǎng)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(dòng)起來(lái)。由圖可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致。三相交流異步電機(jī)的工作原理圖2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（4）轉(zhuǎn)差率三相異步交流電機(jī)在正常工作時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0，即n＜n0，因此成為異步電機(jī)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，那么轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線無(wú)法切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，因此也就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。為衡量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。通常三相異步電機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率為2%～5%；電機(jī)啟動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)差率達(dá)到最大（s=1）。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提出的兩項(xiàng)基本要求。機(jī)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(jī)機(jī)械特性對(duì)滿足車輛行駛工況要求、優(yōu)化動(dòng)力匹配、合理設(shè)計(jì)電機(jī)控制和調(diào)速系統(tǒng)有著重要的意義。對(duì)于三相異步電機(jī)，轉(zhuǎn)矩的一個(gè)表達(dá)式為2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理3三相交流異步電機(jī)機(jī)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理三、永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理永磁同步電動(dòng)機(jī)（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM）的定子繞組與普通同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組一樣。永磁同步電動(dòng)機(jī)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(lì)式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。永磁同步電機(jī)主要是由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座、傳感器等各部件組成。北汽EV200驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總體構(gòu)成如圖所示。北汽EV200驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總體構(gòu)成2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

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

永磁同步電機(jī)在汽車上應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，它具有功率密度高、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)軸上無(wú)滑環(huán)和電刷等優(yōu)點(diǎn)。但是永磁同步電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)子上的永磁材料在高溫、震動(dòng)和過(guò)流的條件下會(huì)產(chǎn)生磁性衰退的現(xiàn)象，所以在相對(duì)復(fù)雜的工作條件下，電機(jī)容易發(fā)生損壞，而且永磁材料價(jià)格較高，因此整個(gè)電機(jī)及其控制系統(tǒng)成本較高。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)的運(yùn)行原理與電勵(lì)磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體提供的磁通替代后者的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，使電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且無(wú)需勵(lì)磁電流，省去了勵(lì)磁損耗，提高了電機(jī)的效率和功率密度。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)總成2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1永磁同步電機(jī)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(jī)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(hù)作用的非磁性套筒，功率稍大的電機(jī)用無(wú)維玻璃絲帶加以捆綁保護(hù)，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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

對(duì)采用稀土永磁的電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于永磁材料的相對(duì)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(jiǎn)單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，在矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)和恒功率運(yùn)行范圍不寬的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。此外，永磁磁極易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，使之成為能使電機(jī)氣隙磁密波形趨近于正弦波的磁極形狀，可顯著提高電動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)傳動(dòng)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(duì)稱性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)的功率密度，動(dòng)態(tài)性能較面貼式有所改善，制造工藝也較簡(jiǎn)單，常被調(diào)速永磁同步電機(jī)所采用。但漏磁系數(shù)和制造成本都較面貼式大。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)作用，動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能好，廣泛用于要求有異步起動(dòng)能力或動(dòng)態(tài)性能高的永磁同步電機(jī)。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子內(nèi)的永體受到極靴的保護(hù)，其轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩也有助于提高電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力和功率密度，而且易于"弱磁"擴(kuò)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

徑向式結(jié)構(gòu)這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)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(jī)械強(qiáng)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(guò)隔磁空氣槽限制漏磁通，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度高，因而近年來(lái)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(jī)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(diǎn)在于一個(gè)極距下的磁通由相臨兩個(gè)磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通。尤其當(dāng)電機(jī)極數(shù)較多、徑向式結(jié)構(gòu)不能提供足夠的每極磁通時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)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(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩在電機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩中的比例可達(dá)40%，這對(duì)充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)功率密度和擴(kuò)展電機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍都是很有利的。混合式結(jié)構(gòu)集中了徑向式和切向式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有點(diǎn)，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(dòng)機(jī)。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

永磁同步電機(jī)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(dòng)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(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，故稱之為同步電動(dòng)機(jī)。為便于介紹，以方波驅(qū)動(dòng)的12槽8極分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步電機(jī)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(gè)齒極間的空隙處，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極交界處通過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件檢測(cè)到極性變化，發(fā)出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行三相電流的切換。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2永磁同步電機(jī)工作原理U、V、W三相繞組的線圈連接2驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(gè)線圈組成三相繞組，三相的末端連接起來(lái)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(chǎng)的極對(duì)數(shù)p=4，定子繞組的電流每交變一次，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間中旋轉(zhuǎn)四分之一個(gè)圓周，即90°。

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

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

T5時(shí)刻霍爾元件A檢測(cè)到轉(zhuǎn)子磁極由S變?yōu)镹，驅(qū)動(dòng)電源輸出為W相正、U相負(fù)，功率開(kāi)關(guān)管BG3、BG4導(dǎo)通，兩相線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)15°，電流與磁力線方向如圖（a）所示。T6時(shí)刻，霍爾元件B檢測(cè)到轉(zhuǎn)子磁極由N變?yōu)镾，功率開(kāi)關(guān)管BG2、BG4導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電源輸出為V相正、U相負(fù)，兩相線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理T6結(jié)束再次進(jìn)入T1，重新循環(huán)，轉(zhuǎn)子就不停的旋轉(zhuǎn)下去。同步電機(jī)轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組電流的相序。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchReluctanceMachine，SRM）作為一種新型電機(jī)，相比其他類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)總成解剖圖2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理四、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(lái)向電機(jī)提供工作磁場(chǎng)，把徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)成一個(gè)磁極，稱一相，該電機(jī)有3相。結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)，稱該電機(jī)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(méi)有繞組也沒(méi)有永磁體。轉(zhuǎn)子鐵芯為凸極結(jié)構(gòu)，為磁場(chǎng)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(dòng)，提高電機(jī)低速運(yùn)行的平穩(wěn)性，但導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率開(kāi)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)常用的相數(shù)與極數(shù)組合見(jiàn)表3-3。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理表3-3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)用磁阻最小原理，故稱為磁阻電動(dòng)機(jī)，又由于線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開(kāi)關(guān)控制，故稱為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。它的運(yùn)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(duì)齊。當(dāng)定子某相繞組通電勵(lì)磁，產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(lì)磁軸線相對(duì)齊位置，由于其“對(duì)齊”趨勢(shì)使磁阻電機(jī)產(chǎn)生特有的有效電磁磁阻轉(zhuǎn)矩。以三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為例，U、V、W相線圈由功率開(kāi)關(guān)BG1、BG2、BG3控制電流通斷，并約定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)前的轉(zhuǎn)角為0o。三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及功率變換器如下圖所示。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作原理三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及功率變換器2驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(guò)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(kāi)始異時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；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(dòng)，此時(shí)磁路最短。三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)U相通電如圖所示。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

為了使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30o前切斷U相電源，并在30o時(shí)接通V相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)V相通電如圖所示，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)電機(jī)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(shí)接通W相電源，磁通從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯，三相6/4極開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)W相通電如圖所示。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(kāi)始時(shí)一樣，重復(fù)前面過(guò)程，接通U相電源，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣不停的重復(fù)下去，轉(zhuǎn)子就會(huì)不停的旋轉(zhuǎn)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速越快。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）、功率變換器、電子控制器、位置檢測(cè)器、電流檢測(cè)器等構(gòu)成，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)構(gòu)成2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理3開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制

功率變換器的作用是將動(dòng)力電池提供的能量經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換后提供給開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，由動(dòng)力電池或交流電整流后得到的直流電供電。它以功率開(kāi)關(guān)為主要器件，在控制器的控制下起到開(kāi)、關(guān)的作用，使繞組與電源接通或斷開(kāi)，同時(shí)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(jiǎn)單，而且相繞組與主開(kāi)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(hào)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(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SRM運(yùn)行狀態(tài)的控制。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)需要高精度的位置檢測(cè)器，來(lái)為控制系統(tǒng)提供電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速和電流的變化信號(hào)，并要求有較高的開(kāi)關(guān)頻率以降低開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、力矩大，可靠性高，成本低，起動(dòng)制動(dòng)性能好，運(yùn)行效率高；功率變換器電路簡(jiǎn)單；可以在寬廣的速度和負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行；起動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩矩大；冗錯(cuò)能力強(qiáng)，在缺相情況下仍能可靠運(yùn)行。主要缺點(diǎn)有：由于電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，振動(dòng)與噪聲較嚴(yán)重；功率開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷時(shí)電機(jī)定子繞組端部及開(kāi)關(guān)器件上產(chǎn)生較高的電壓尖峰。產(chǎn)生振動(dòng)與噪音的主要原因是當(dāng)定子各相繞組依序輪流通電時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩具有明顯的脈動(dòng)，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(dòng)。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理4開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)特點(diǎn)采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)可大大縮短從驅(qū)動(dòng)電機(jī)到驅(qū)動(dòng)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(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可獨(dú)立調(diào)節(jié)控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速，既省去了機(jī)械差速器，也有利于提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的操控性。輪轂式電機(jī)的工作原理與永磁同步電機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速相等，通常采用低速大轉(zhuǎn)矩電機(jī)。內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子輪轂電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子作為輸出軸與固定減速比的行星齒輪太陽(yáng)輪相連，輪轂通常與齒圈連接，能提供較大的減速比，來(lái)放大輸出轉(zhuǎn)矩。以內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)為例，輪轂電機(jī)總成結(jié)構(gòu)如圖所示。輪轂電機(jī)總成2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理五、輪轂電機(jī)1定子定子主要由定子機(jī)架、定子鐵芯和定子繞組三個(gè)部分構(gòu)成。定子機(jī)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(hào)電纜、冷卻液管道從孔中進(jìn)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(duì)定子鐵芯進(jìn)行冷卻。定子機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖所示。在定子機(jī)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(gè)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(zhǎng)度短，銅損小，用銅量少，生產(chǎn)加工較容易，電機(jī)效率也較高。按規(guī)定的方式對(duì)線圈進(jìn)行連接，如圖所示。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理定子鐵芯及繞組轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子機(jī)座、轉(zhuǎn)子磁軛和永磁體磁極三個(gè)部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子機(jī)座與轉(zhuǎn)子端蓋是整個(gè)轉(zhuǎn)子的支撐密封外殼。轉(zhuǎn)子機(jī)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?yàn)閺较颍噜彺艠O的極性相反，轉(zhuǎn)子磁軛是安裝在轉(zhuǎn)子機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，在安裝過(guò)程中先安裝定子，再安裝轉(zhuǎn)子。安裝好車輪的輪轂電機(jī)剖視圖如圖所示。輪轂電機(jī)剖視圖2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：省略大量傳動(dòng)部件，讓車輛結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單；可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式；便于采用多種新能源車技術(shù)。輪轂電機(jī)的缺點(diǎn)：增大簧下質(zhì)量和輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)車輛的操控有所影響；電制動(dòng)性能有限，維持制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行需要消耗電能；輪轂電機(jī)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(shí)在設(shè)計(jì)上也需要為輪轂電機(jī)單獨(dú)考慮散熱問(wèn)題。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理3輪轂電機(jī)的特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能1.掌握電機(jī)控制器功用；2.能正確描述電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)組成；3.熟悉電機(jī)控制器的工作原理。電機(jī)控制器（MCU）是電機(jī)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(dòng)電機(jī)使用；同時(shí)，對(duì)所有的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送給整車控制器（VCU）。電機(jī)控制器（MCU）內(nèi)含功能診斷電路，當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將會(huì)激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，發(fā)送給VCU。電機(jī)控制器（MCU）及安裝位置如圖所示。電機(jī)控制器（MCU）一、電機(jī)控制器（MCU）功用3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能工作過(guò)程中，使用以下傳感器完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息采集。（1）電流傳感器用以檢測(cè)電機(jī)工作的實(shí)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(cè)供給電機(jī)控制器工作的實(shí)際電壓（包括動(dòng)力電池電壓、12V蓄電池電壓）（3）溫度傳感器用以檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度，包括IGBT模塊溫度、電機(jī)控制器板載溫度、電機(jī)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(jiàn)表3-4。表3-4傳感器接口編號(hào)信號(hào)名稱說(shuō)明GTH0電機(jī)溫度傳感器接口HTL01電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能溫度傳感器（4）旋變傳感器用以檢測(cè)電機(jī)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(hào)元件，當(dāng)勵(lì)磁繞組以一定頻率的交流電壓勵(lì)磁時(shí)，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(jī)轉(zhuǎn)速。傳感器線圈固定在殼體上，信號(hào)齒圈固定在轉(zhuǎn)子上。傳感器線圈：由勵(lì)磁、正弦、余弦三個(gè)線圈組成一個(gè)傳感器，如圖所示。旋變傳感器3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能電機(jī)控制器(ＭＣＵ)通過(guò)采集電流、電壓、溫度、絕緣及其他參數(shù)判斷電機(jī)和電機(jī)控制器是否工作在安全范圍內(nèi)如果超出這個(gè)范圍將對(duì)電機(jī)和電機(jī)控制器(ＭＣＵ)采取保護(hù)措施并產(chǎn)生故障代碼發(fā)送至整車控制器(ＶＣＵ)。電機(jī)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(jī)控制器通信功能如圖所示在電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行期間電機(jī)控制器需將電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)的發(fā)送給整車控制器。3電機(jī)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(dòng)踏板的開(kāi)度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動(dòng)力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來(lái)判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動(dòng)能量回饋。在能量回饋過(guò)程中，電機(jī)控制器（MCU）將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電流進(jìn)行整流、濾波、升壓，將能量回收到動(dòng)力電池。純電動(dòng)汽車在坡上起步時(shí)，駕駛員從松開(kāi)制動(dòng)踏板到踩油門踏板過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)整車向后溜車的現(xiàn)象。在坡上行駛過(guò)程中，如果駕駛員踩油門踏板的深度不夠，整車會(huì)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(dòng)車在坡上起步和運(yùn)行時(shí)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(shí)，向后溜車小于10cm；在整車坡上運(yùn)行過(guò)程中如果動(dòng)力不足時(shí)，整車車速會(huì)慢慢降到0，然后保持車速0，不再向后溜車。3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能4制動(dòng)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(dòng)）、超級(jí)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(jí)電容在接高壓電路時(shí)能給電容充電，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保持電壓的穩(wěn)定；放電電阻在斷開(kāi)高壓電路時(shí)，通過(guò)電阻給電容放電，在放電電路故障時(shí)，在報(bào)送放電超時(shí)故障的同時(shí)切斷高壓供電。電機(jī)控制器(ＭＣＵ)3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能二、電機(jī)控制器（MCU）結(jié)構(gòu)與接口(１)超級(jí)電容超級(jí)電容在電動(dòng)汽車上電時(shí)充電在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保持電壓穩(wěn)定防止因驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)電流太大造成對(duì)動(dòng)力電池沖擊。(２)放電電阻在斷開(kāi)高壓電路時(shí)通過(guò)電阻給電容放電在放電電路故障時(shí)在報(bào)送放電超時(shí)故障的同時(shí)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(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率開(kāi)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(diǎn)。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(jī)使用。在能量回收過(guò)程中對(duì)三相交流電流進(jìn)行整流，同時(shí)檢測(cè)直流母線電壓、驅(qū)動(dòng)電機(jī)相電流以及ＩＧＢＴ模塊溫度并將檢測(cè)信息反饋給電機(jī)控制器。ＩＧＢＴ模塊如圖所示。3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能2電機(jī)控制器（MCU）接口驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息會(huì)通過(guò)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(hào)線束，分別是電機(jī)到控制器的19PIN插件和控制器到VCU的35PIN插件。3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息會(huì)通過(guò)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(hào)線束，分別是電機(jī)到控制器的19PIN插件和控制器到VCU的35PIN插件。其中電機(jī)到控制器的19PIN低壓插件接口如圖所示，接口定義見(jiàn)表3-5；電機(jī)到控制器到VCU的35PIN低壓插件接口定義見(jiàn)表3-6。連接器型號(hào)編號(hào)信號(hào)名稱說(shuō)明19PINA激勵(lì)繞組R1電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器接口B激勵(lì)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(jī)溫度接口HTL0LHVIL1(+L1)高低壓互鎖接口MHVIL2(+L2)3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能表3-519PIN低壓插件接口3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能表3-6

35PIN低壓插件接口三、電機(jī)控制器控制原理整車控制器根據(jù)車輛運(yùn)行的不同情況：包括車速、檔位、電池SOC值，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(shí)，將動(dòng)力電池提供的直流電轉(zhuǎn)化成三相正弦交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩通過(guò)機(jī)械傳輸來(lái)驅(qū)動(dòng)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(hù)等級(jí)IP67尺寸（長(zhǎng)×寬×高）403×249×1401.驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(hào)正常；三相交流輸出電路正常；電機(jī)及電機(jī)控制器溫度正常；開(kāi)蓋保持開(kāi)關(guān)信號(hào)正常。以EV200為例，其電機(jī)控制器參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3-7。表3-7電機(jī)控制器參數(shù)指標(biāo)3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能2脈沖調(diào)制(ＰＷＭ)原理電機(jī)控制器(ＭＣＵ)采用斬波電路通過(guò)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(dòng)電機(jī)的定子繞組采用三角形連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖所示斬波電路輸出波形作為ＩＧＢＴ控制端Ｓ信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)刻及時(shí)間長(zhǎng)度。如果Ｕ相線圈要獲得如圖所示方向的電壓，則功率開(kāi)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(kāi)關(guān)管ＢＧ５與ＢＧ４導(dǎo)通其他關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)控制器構(gòu)成與功能3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組電壓波形電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略，下面以北汽EV200為例介紹驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略。EV200采用的是基于STATE機(jī)制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略。基于整車STATE機(jī)制上下電策略要求，約束了該機(jī)制下MCU在整車上下電過(guò)程各STATE中應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作、需要實(shí)現(xiàn)邏輯功能、允許及禁止的診斷等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略如圖所示。3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能四、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制策略驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上下電控制策略（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)上電流程3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)下電流程3電機(jī)控制器構(gòu)成與功能驅(qū)動(dòng)電機(jī)