2-4混合动力汽车的驱动电机

1、第二章 混合动力汽车的构造与工作原理 2-4 混合动力汽车的驱动电机教学回顾：1、混合动力汽车电能储存装置的种类。2、蓄电池的主要性能指标。3 、铅酸电池的分类与特点。4 、锲氢（Ni-MH）电池、锂离子电池的结构组成、工作原理与性能特点。5 、蓄电池管理系统的功能与组成。6 、电动汽车的着电池充电器的基本功能与组成。学习目标：1、了解电动汽车对驱动电机性能的基本要求。2、熟悉电动汽车的类型。3、掌握直流电动机、交流电动机、交流永磁电动机的结构组成、工作原理及其控制系统。引言：驱动电机是新能源汽车行驶中的主要执行机构，驱动电机的性能直接决定了车辆行驶的各项性能指标，同时影响着车辆的驾驶感受。是

2、新能源汽车的核心部件之一。主要内容：一、基本要求汽车行驶时需要频繁的启动、加速、减速、停车等，在低速行驶和爬坡时需要大转矩，在高速行驶时需要降低转矩和功率。为满足汽车行驶动力性的需求，获得好的经济性和环保指标等，就对电机提出了十分严格的要求。1、高电压采用高电压可以减少电机和导线等部件的尺寸、降低逆变器的成本和提高能力转换效率等。2、高转速电机的功率P与转矩M和转速n的乘积成正比。因此，在 M一定的情况下，提高 n则可以提高P;而P一定情况下，提高n则可降低电动机的M,采用小质量和小体积 的电机。因此采用高速电机是电动汽车发展的趋势之一。3、转矩密度、功率密度大，质量轻，体积小。转矩密度、功率

3、密度是指最大转矩体积比和最大功率体积比，密度越大，HEVH机驱动系统所占的空间越小。4、具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能。5、需要有4-5 倍的过载能力。6、具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多电机协作。7、机械效率高、损耗少。8、可兼做发电机使用。9、电气系统安全性和控制系统的安全性，必须装备高压保护装置。10、能够在恶劣条件下可靠工作。能耐低温和高温性、耐潮湿，低噪音。11、结构简单，能批量生产，维修方便，价格便宜。12、散热性好。二、电机驱动系统的组成电机驱动系统一般由电机、控制器、功率转换器及传感器、电源等组成（如图所示）。驱动电机及其控制系统是混合动力汽车的核心部件之一

4、，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。电机驱动系统的组合形式一般有：机械驱动式、机电集成化驱动系统、机电一体 化驱动系统、轮毂点击驱动等。第二章 混合动力汽车的构造与工作原理电源（蓄电池组）带制器功率转瞬器电机不沌检盘传感耨q= 动力分倩号汽车电机驱动系统三、驱动电机的类型混合动力汽车（HEV）是利用发动机和电动机共同来驱动车轮行驶。电机的种类很 多，用途广泛，功率的覆盖面较大。但纯电动汽车（ EM所采用的电机种类较少，功 率覆盖面也较小。现代电动汽车电动机的基本类型，如图所示。现代电动汽车电动机的基本类型四、直流电动机直流电动机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性，控制装置简单、低廉且技术

5、成熟。 但由于运行过程中需要电刷和换向器换向，因而电机本身的效率低于交流电机，同时电刷需要定期维护，造成不便。五、交流电动机交流电动机可分为同步电动机和异步电动机两类。由于绕线式异步感应电动机成本高、需要维护、缺乏坚固性，因而没有笼型异步感应电动机应用广泛，特别是在电动汽车的电力驱动中。如果电动机转子的转速n 与定子旋转磁场的转速n1 相等，则转子与定子磁场同步转动，这种电动机称为同步电动机；如果n和ni不相等，则转子与定子磁场在空间旋转时不同步，称之为异步电动机。交流感应电机控制系统的主要作用是为电机提供变压、变频电源，同时其电压和频率能够按照一定的控制策略进行调节，以使驱动系统具有良好的转

6、矩转速特性。感应电动机的基本调速方式相应分为三种：调压调速、变极调速和变频调速。六、交流永磁电动机1、交流永磁电动机的种类及特点1）种类交流永磁电动机主要包括永磁同步电动机和无刷直流电动机两大类。两者最主要的区别在于永磁体励磁磁场在定子绕组中感应出的电动势波形：永磁同步电动机感应出的电动势波形为正弦波，无刷直流电动机为梯形波。交流永磁电动机采用稀土永磁体励磁，与感应电动机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大等特点。2）特点（ 1）永磁同步电动机。效率高、体积小、质量轻、控制精度高、转矩脉动小，但是控制器较复杂，因此造成其目前成本偏高。（ 2）无刷直流电动机。无刷直流电动机外特性曲线类似于

7、永磁直流电动机，特性较硬，但是由于没有电刷和换向器，所以可以在高速下运行，因此体积和质量可以减小，同时提高了可靠性，而且无刷直流电动机的控制相对简单。但是受绕组电感的影响，造成无刷直流电动机的电流不可能是理想的方波，在换向时会发生相电流的重叠，从而引起转矩产生一些波动。2. 永磁同步电动机的结构永磁同步电动机和无刷直流电动机在结将和原理上大数相同，转子都是永久道铁，定子电枢略有差别。3. 永磁无刷直流电动机（ 1）永磁无刷直流电动机的结构在直流电动机的转子上装置永久磁铁，转子采用径向永久磁铁制成的磁极，将磁铁插入转子内部，或将瓦形磁铁固定在转子表面上，转子上不再用电刷和换向器为转子输入励磁电流

8、，所以电动机的转子磁路是各向均匀的，因此称为永碰无朋直流电动机。（ 2）永磁无刷直流电动机的性能永磁无刷直流电动机的优点是效率高（ 比交流电动机高6%）、出力大、高速操作性能好、无电刷、结构简单牢固、免维护或少维护、尺寸小、质量小。输出转矩与转动惯量比值大于相类似的三相感应电动机。永碰电动机在材料的电碰性能、磁极数量、磁场衰退等多方面的性能都优于其他种类的电动机。如果输入的波形不好，会发生较大的脉动转矩和冲击力，影响电动机的低速性能，电流损耗大，工作噪声大。4. 永磁磁阻同步电动机（ 1） 永磁磁阻同步电动机的结构永磁硫阻同步电动机是将永久磁铁取代他励同步电动机的转子励磁绕组，电动机的定子与普

9、通同步电动机两层六极永磁磁阻同步电动机的定子和转子一样。转子采用径向永久磁铁制成的多层永磁磁极，形成可同步旋转的磁极，这种电动机称为永磁磁阻同步电动机。永磁磁阻同步电动机具有高效率（ 达 97%） 和高比功率（远远超过1kW/kg）的优点。输出转矩与转动惯量比都大于相类似的三相感应电动机。在高速转动时有良好的可靠性，平稳工作时电流损耗小。永磁磁阻电动机在材料的电磁性能、磁极数量、磁场衰退等多方面的性能都优于其他种类的电动机，工作噪声也低。（ 2） 永磁磁阻同步电动机的控制系统永磁磁阻同步电动机采用带有矢量变换电路的逆变器系统来控制。永磁磁阻同步电动机的控制系统由直流电源、电容器、绝缘栅双极晶体

10、管（ IGBTT、永磁同步电动 机（PSM、电动机转轴位置检测器（PS）、速度传感器、电流检测器、驱动电路和其他 一些电器等共同组成。（ 3）永磁磁阻同步电动机的机械特性由于永磁磁阻同步电动机在牵引控制中采用矢量控制方法，在额定转速以下恒转矩运转时，就使定子电流相位领先一个B角，一方面可以增加电动机的转矩，另一方面由于B角领先产生的弱磁作用，使电动机额定转速点增高，增大了电动机在恒转矩 运转时的调速范围/如B角继续增加，电动机将运行在恒功率状态。永磁磁阻同步电 动机能够实现反馈制动。5、开关磁组电动机开关磁阻电动机（SRM）一种新型电动机，它的结构比其他任何一种电动机事要简单，在电动机的转子上，没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等。开关磁阻电动热的定子和转子都是极结构，只在电动机的定子上安装有简单的集中励磁绕组，励难组的端部较短，没有相间跨接线，磁通量集中于磁极区，通过定子电流来励磁。各组看路的磁阻随转子位置不同而变化。转子的运转是依靠磁引力来运行，转速可以达到15000r/min 。在较宽的转速范围和较宽的转矩范围内效率可以达到85%93%，比三相感应电动机要高。其转矩一转速特性好，在较宽的转速范围内，转矩、转速可灵活控