電動汽車結(jié)構(gòu)與原理 第3章_驅(qū)動電機(jī)-電動汽車

1、第第3章章 驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī) 3.1 電機(jī)分類電機(jī)分類 3.2 直流電機(jī)直流電機(jī) 3.3 交流異步電機(jī)交流異步電機(jī) 3.4 永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī) 3.5 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī) 3.6 輪轂電機(jī)技術(shù)輪轂電機(jī)技術(shù) 3.7 電動汽車的再生制動電動汽車的再生制動3.1 電機(jī)分類電機(jī)分類驅(qū)動電機(jī)：即電動機(jī)，也稱馬達(dá)，將電能機(jī)械能電動汽車常用電動汽車常用直流電機(jī)直流電機(jī)永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)交流異步電機(jī)交流異步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)表3-1 電動汽車常用驅(qū)動電機(jī)的性能比較電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的工作環(huán)境特點(diǎn)：電動汽車用驅(qū)動電機(jī)的工作環(huán)境特點(diǎn)：（1）電機(jī)工況變化頻繁（2）電機(jī)在沖擊、振動的環(huán)境下

2、工作（3）車載電源能量有限（4）電機(jī)本身也是負(fù)載對電動汽車用驅(qū)動電機(jī)要求：對電動汽車用驅(qū)動電機(jī)要求：（1）高比功率（2）高效率（3）高可靠性（4）高電壓（5）高電氣系統(tǒng)安全性電動汽車電機(jī)產(chǎn)品名稱代號電動汽車電機(jī)產(chǎn)品名稱代號 SYT：鐵氧體永磁式直流伺服電動機(jī) SYX：稀土永磁式直流伺服電動機(jī) SXPT：鐵氧體永磁式線繞盤式直流電動機(jī) SXPX：稀土永磁式線繞盤式直流電 SWT：鐵氧體永磁式無刷直流伺服電動機(jī) SWX：稀土永磁式無刷直流伺服電動機(jī) SN：印制繞組直流伺服電動機(jī) SR：開關(guān)磁阻電動機(jī) YX：三相異步電動機(jī)3.2 直流電機(jī)直流電機(jī)組成：定子組成：定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 換向器換向器3.2.1

3、 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)凸極轉(zhuǎn)子與隱極轉(zhuǎn)子電動汽車用無刷直流電機(jī)電動汽車用無刷直流電機(jī) 1、定子定子：也稱主磁極，由磁極鐵芯和磁極繞組構(gòu)成。（1）主磁極：在定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙中建立磁場，使得通電電樞產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。（鐵芯和繞組）（2）電刷組件：將直流電引向轉(zhuǎn)動的電樞繞組，并與換向器配合，使得電樞繞組的電流及時換向。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：也稱電樞，由電樞鐵芯和電樞繞組構(gòu)成。（1）電樞鐵芯：厚度為0.35-0.5mm的硅鋼片疊裝而成。（2）電樞繞組：通電后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩帶動電樞繞組運(yùn)動。轉(zhuǎn)子總成3、換向器換向器：使電樞繞組中的電流及時換向，將從電刷輸入的直流電轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交流電。電刷和換向器3

4、.2.2 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理3.2.3 直流電機(jī)的特點(diǎn)直流電機(jī)的特點(diǎn)1、與交流電機(jī)、無刷直流電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)、與交流電機(jī)、無刷直流電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)如下：如下：（1）調(diào)速性能良好（2）起動性能好（3）具有較寬的恒功率范圍（4）控制較為簡單（5）價格便宜2、主要缺點(diǎn)：、主要缺點(diǎn)：（1）效率低（2）維護(hù)工作量大（3）轉(zhuǎn)速低（4）質(zhì)量和體積大3.2.4 直流電機(jī)的控制直流電機(jī)的控制1、電樞電壓調(diào)節(jié)法、電樞電壓調(diào)節(jié)法（1）改變電樞電壓控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）適用于額定轉(zhuǎn)速以下的調(diào)速。（3）降低電壓電樞電流電磁轉(zhuǎn)矩電樞轉(zhuǎn)速。2、磁場調(diào)節(jié)法、磁場調(diào)節(jié)法（1）通過調(diào)節(jié)磁

5、極繞組勵磁電流，改變磁極磁通量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）適用于額定轉(zhuǎn)速以上的轉(zhuǎn)速控制。3、電樞回路電阻調(diào)節(jié)法、電樞回路電阻調(diào)節(jié)法（1）在磁極繞組勵磁電流不變的情況下，改變電樞回路的電阻，使電樞電流變化來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。（2）很少在電動汽車上采用。3.2.5 直流電機(jī)在電動汽車上的應(yīng)用直流電機(jī)在電動汽車上的應(yīng)用1、城市無軌電車、城市無軌電車2、電動叉車、電動叉車3、電動觀光車、電動觀光車4、電動巡邏車、電動巡邏車3.3 交流異步電機(jī)交流異步電機(jī)組成：定子組成：定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子3.3.1 交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)1、定子定子：由外殼、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。（1）定子鐵心：硅鋼片，0.

6、35-0.5mm厚，疊亞而成。（2）定子繞組：三相，互相間隔120，對稱排列，結(jié)構(gòu)完全相同。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子鐵心組成。3.3.2 交流異步電機(jī)的基本原理交流異步電機(jī)的基本原理3.3.3 交流異步電機(jī)的特點(diǎn)交流異步電機(jī)的特點(diǎn)1、與有刷直流電機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)如下：、與有刷直流電機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)如下：（1）效率較高（2）結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，質(zhì)量輕（3）工作可靠、使用壽命長（4）免維護(hù)2、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：（1）調(diào)速性能相對較差（2）配用的控制器成本較高3.3.4 交流異步電機(jī)的控制交流異步電機(jī)的控制1、矢量控制、矢量控制（1）模擬直流電機(jī)。（2）控制理論完善，日趨成熟，可基本滿足電動汽車的動力性要

7、求。2、直接轉(zhuǎn)矩控制、直接轉(zhuǎn)矩控制（1）對磁鏈和轉(zhuǎn)矩直接控制。（2）簡化了控制結(jié)構(gòu)，動態(tài)響應(yīng)快。（3）低速時，存在轉(zhuǎn)矩脈動，負(fù)載能力下降。3.3.5 交流異步電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用交流異步電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用1、應(yīng)用廣泛，運(yùn)行可靠，轉(zhuǎn)速高，成本低，是電動汽車用驅(qū)動系統(tǒng)的理想選擇。2、適用于大功率、低速車輛，尤其是驅(qū)動系統(tǒng)功率需求較大的大型電動客車大型電動客車，如：，如：廣汽廣汽GZ6120EV1，、金，、金龍龍XMQ6126YE、申沃、申沃SWB6121EV2等。等。3.4 永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)組成：定子組成：定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子3.4.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)與交流異步電機(jī)類

8、似雪鐵龍C-Zero微型純電動轎車永磁同步電機(jī) 1、定子定子：由鐵心和三相繞組構(gòu)成。（與交流異步電機(jī)相似）2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：永久磁鐵3.4.2 永磁同步電機(jī)的基本原理永磁同步電機(jī)的基本原理與交流異步電機(jī)基本相同 定子繞組輸入三相正弦交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與永磁轉(zhuǎn)子磁場作用轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動（即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動與旋轉(zhuǎn)磁場同步）。3.4.3 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)1、可在很低的轉(zhuǎn)速下同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬。2、效率高、功率密度大。3、瞬態(tài)特性通常都比較好。4、具有良好的機(jī)械特性。5、結(jié)構(gòu)多樣化。與交流異步電機(jī)相比：與交流異步電機(jī)相比：成本高、起動困難。成本高、起動困難。3.4.4

9、永磁同步電機(jī)的控制永磁同步電機(jī)的控制1 1、矢量控制、矢量控制2 2、直接轉(zhuǎn)矩控制、直接轉(zhuǎn)矩控制3 3、恒壓頻比開環(huán)控制、恒壓頻比開環(huán)控制3.4.5 永磁同步電機(jī)在電動汽車上的應(yīng)用永磁同步電機(jī)在電動汽車上的應(yīng)用豐田豐田20102010普銳斯，本田普銳斯，本田INSIGHTINSIGHT，日產(chǎn)，日產(chǎn)LTIMALTIMA奧迪奧迪A8 HybridA8 Hybrid、寶馬、寶馬Active Active HybirdHybird 7 7比亞迪比亞迪E6E6、北汽、北汽C30C30電動版?？怂沟幕窘Y(jié)構(gòu)與我們之前介紹過的其它電動車大同小異，不過前置的電動機(jī)是一套擁有更小體積、重量的永磁同步電動機(jī)，當(dāng)然

10、，它也有更強(qiáng)的功率密度、轉(zhuǎn)矩慣量以及過載能力，同時通過量產(chǎn)化以及材料的優(yōu)化，其制造成本也有了大幅度削減； 3.5 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)組成：定子組成：定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 電子開關(guān)電子開關(guān)3.5.1 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：由導(dǎo)磁性能良好的硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子凸極上無繞組。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的凸極個數(shù)為偶數(shù)，最少4個（2對），最多16個（8對）。2、定子定子：由定子鐵心和定子繞組組成。 定子定子的凸極個數(shù)為偶數(shù)，最少6個，最多18個。3.5.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的原理開關(guān)磁阻電機(jī)的原理1、定子繞組按照、定子繞組按照DA B C的順序通電，轉(zhuǎn)子逆著勵的順序通電，轉(zhuǎn)子逆著勵磁順序以逆時

11、針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。2、若按、若按B A D C的順序的順序通電，則轉(zhuǎn)子會沿著順時針方通電，則轉(zhuǎn)子會沿著順時針方向轉(zhuǎn)動。向轉(zhuǎn)動。3.5.3 開關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)1、再生制動能力較強(qiáng)再生制動能力較強(qiáng)，在高速運(yùn)行區(qū)域內(nèi)能保持較強(qiáng)的制動能力。2、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)散熱性好，功率密度大，減少了奠基的體積和重量，節(jié)省了電動汽車的有效空間節(jié)省了電動汽車的有效空間。3、能在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高效率，有效提高提高電動汽車一次充電的續(xù)駛里程。電動汽車一次充電的續(xù)駛里程。4、控制特性良好，容易智能化。5、結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造工藝簡單。6、可控參數(shù)多，調(diào)速性能好，適于頻繁

12、起動、停止及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。3.5.4 開關(guān)磁阻電機(jī)的控制開關(guān)磁阻電機(jī)的控制 電機(jī)的運(yùn)行不是單純的發(fā)電或電動過程，而是將兩者有機(jī)結(jié)合在一起的控制過程。1、角度控制法（角度控制法（APC）：電壓保持不變，對開通角和關(guān)斷角進(jìn)行控制。不適合低速工況。2、電流斬波控制法（電流斬波控制法（CCC）：開通角和關(guān)斷角不變，靠控制斬波電流的大小調(diào)節(jié)電流的峰值。3、電壓控制法（電壓控制法（VC）：在主開關(guān)的控制信號中加入PWM信號，調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)繞組端電壓大小，從而改變相電流值。3.5.5 開關(guān)磁阻電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用開關(guān)磁阻電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用1 1、轉(zhuǎn)子沒有繞組和永磁體，結(jié)構(gòu)是四種電機(jī)中最堅(jiān)、轉(zhuǎn)子沒有繞組

13、和永磁體，結(jié)構(gòu)是四種電機(jī)中最堅(jiān)固的。固的。2 2、制造簡單、成本低、散熱特性較好。、制造簡單、成本低、散熱特性較好。3 3、效率比直流和交流電機(jī)高，可在較寬的功率和轉(zhuǎn)、效率比直流和交流電機(jī)高，可在較寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效率運(yùn)行，符合電動汽車的驅(qū)動要求。速范圍內(nèi)高效率運(yùn)行，符合電動汽車的驅(qū)動要求。4 4、工作時產(chǎn)生較大的噪聲和振動。、工作時產(chǎn)生較大的噪聲和振動。5 5、目前沒有產(chǎn)業(yè)化車型使用該電機(jī)。其應(yīng)用領(lǐng)域處、目前沒有產(chǎn)業(yè)化車型使用該電機(jī)。其應(yīng)用領(lǐng)域處在不斷拓展中。在不斷拓展中。3.6 輪轂電機(jī)技術(shù)輪轂電機(jī)技術(shù)1、也稱為、也稱為車輪內(nèi)裝式車輪內(nèi)裝式電機(jī)。電機(jī)。2、將電機(jī)、傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)融

14、為一體。3、是電動汽車的最終驅(qū)動形式。4、可采用永磁無刷、直流無刷、開關(guān)磁阻等電機(jī)類型。3.6.1 輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)分類：內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)和外轉(zhuǎn)子電機(jī)1、內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)（1）采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。（2）配備固定傳動比的減速器，轉(zhuǎn)速高達(dá)10000r/min。（3）優(yōu)點(diǎn)：比功率較高、質(zhì)量輕、體積小、噪聲小、成本低等。（4）缺點(diǎn)：必須采用減速裝置，使用效率低，非簧載質(zhì)量大，最高轉(zhuǎn)速受線圈損耗、摩擦損耗及變速機(jī)構(gòu)的承受能力等限制。（5）應(yīng)用：在電動汽車中有應(yīng)用，在功率密度方面比低速外轉(zhuǎn)子式更具競爭力。2、外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)、外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)（1）采用低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)。（2）外轉(zhuǎn)子與

15、車輪的輪輞固定或集成在一起，車輪轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速在1000-1500r/min間。（3）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，能在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)速度快，沒有減速機(jī)構(gòu)，效率高。（4）缺點(diǎn)：要獲得較大的轉(zhuǎn)矩，必須增大電機(jī)的體積和重量，成本高。（5）應(yīng)用：在電動汽車中有應(yīng)用。3.6.2 輪轂電機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)輪轂電機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)1 1、更方便的底盤布置，更靈活的供電系統(tǒng)。、更方便的底盤布置，更靈活的供電系統(tǒng)。2 2、更好的汽車底盤主動控制性能。、更好的汽車底盤主動控制性能。3 3、最優(yōu)的驅(qū)動力分配。、最優(yōu)的驅(qū)動力分配。一、優(yōu)點(diǎn)：一、優(yōu)點(diǎn)：1 1、增大了非簧載質(zhì)量。、增大了非簧載質(zhì)量。2 2、制動能力有限，仍需液壓制動系統(tǒng)。、制動能力有限，仍需液壓制動系統(tǒng)。二、缺點(diǎn)：二、缺點(diǎn)：3.6.3 輪轂電機(jī)的驅(qū)動方式輪轂電機(jī)的驅(qū)動方式1 1、減速驅(qū)動、減速驅(qū)動（1）電機(jī)在高速下運(yùn)行，選用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)。（2）減速機(jī)構(gòu)放置在電機(jī)和車輪之間，可減速和增矩。（3）適合于丘陵或山區(qū)使用，及要求過載能力大和城區(qū)客車等需要頻繁起動/停車等場合。2 2、直接驅(qū)動、直接驅(qū)動（1）多采用外轉(zhuǎn)子式電機(jī)。（2）適合平路或負(fù)荷較小的場合。3.6.4 輪轂電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用輪轂電機(jī)在電動汽車中的應(yīng)用（1）1900年，保時捷首先制造了前輪裝備輪轂電機(jī)的電動汽車。（2）20世紀(jì)70年代，用