电动汽车电动机资料.ppt

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1、电动汽车电机驱动系统电动汽车电机驱动系统 主要部件选型v设计纯电动汽汽车首先要首先要进行行选型型设计，除了，除了车型型选择外，外，电机机类型与其性能型与其性能v参数、参数、电池池类型与其性能参数、控制方式的型与其性能参数、控制方式的选择、电池数量池数量的的选择等都是首先要确定的。等都是首先要确定的。v电动机机应具有良好的具有良好的转矩矩转速特性，一般具有速特性，一般具有600015000r/min的的转速。速。v根据根据车辆行行驶工况，工况，驱动电动机可以在恒机可以在恒转矩区和恒功率区矩区和恒功率区运运转。驱动电动机机应经常保持在高效率范常保持在高效率范围内运内运转。在低速。在低速-大大转矩（

2、恒矩（恒转矩区）运矩区）运转范范围内效率在内效率在0.750.85之之间，在恒功，在恒功率运率运转范范围内效率在内效率在0.80.9之之间。1、驱动电动机的选择及功率匹配1、驱动电动机功率匹配v电机功率的机功率的选择将将对电动汽汽车的的动力性和力性和经济性有着重要的性有着重要的影响。影响。对于于纯电动汽汽车用用电机，在机，在选择电机的功率机的功率时还要考要考虑以下几个因素以下几个因素:va、最高、最高车速。速。电机的功率必机的功率必须能能满足足电动汽汽车最高最高车速的功速的功率要求，以保率要求，以保证汽汽车在良好路面和空在良好路面和空载情况下，能情况下，能获得得较高高的行的行驶速度。速度。vb

3、、加速性能。、加速性能。电机的功率越大，机的功率越大，则电动汽汽车的后的后备功率就越功率就越多，从而其加速性能越好。但多，从而其加速性能越好。但过多的后多的后备功率又会增加功率又会增加纯电动汽汽车不必要的能量消耗。不必要的能量消耗。vc、由于汽、由于汽车的行的行驶工况工况较为复复杂，需要，需要电机具有一定的机具有一定的过载能力，即能承受能力，即能承受较大的大的过载电流，能流，能发出高于出高于额定定转矩矩2倍以倍以上的上的转矩。矩。3-5倍倍电机功率的机功率的选择2、电机、电池电压的选择v在在选择了了电机和机和电池的池的类型后，就要确定型后，就要确定电机的机的额定定电压和和电池的池的电压。在。在

4、电机功率一定的情况下，机功率一定的情况下，电压越高，越高，电流越低，流越低，线路功率路功率损失就越小，失就越小，电池池以小以小电流放流放电时，可，可获得得较大的容量。但大的容量。但电压过高，高，又影响又影响电子元器件的性能和安全。子元器件的性能和安全。3、电池容量选择v众所周知，目前影响众所周知，目前影响电动汽汽车商品化和商品化和实用化用化进程的关程的关键因因素是素是电动汽汽车的的续驶里程和里程和电池的使用性能池的使用性能(包括包括电池的充池的充电时间、安全性、价格和使用寿命等、安全性、价格和使用寿命等)。在。在选择电池的容量池的容量时，既要，既要满足汽足汽车的的续驶里程的里程的设计要求，又要

5、考要求，又要考虑整整车的的空空间结构和底构和底盘承承载能力。因能力。因为选择电池容量池容量过大，大，电池池组所所贮存的存的电能越多，能越多，续驶里程相里程相应延延长，但，但电池池组的重量增的重量增加，整加，整车的整的整备质量增加，量增加，导致行致行驶阻力也增加，反阻力也增加，反过来又来又影响影响纯电动汽汽车的的续驶里程。里程。4、传动系的传动比的选择v汽汽车在行在行驶过程中，通程中，通过一定的一定的传动比来比来满足不同行足不同行驶工况工况的需要。的需要。传动比起到减速增矩的作用。比起到减速增矩的作用。v尽管尽管电机一般都具有机一般都具有较宽的的调速范速范围，但在，但在纯电动汽汽车的的设计过程中

6、要程中要选择合理的合理的传动比，一方面比，一方面满足不同工况要求，足不同工况要求，另一方面使得另一方面使得电机在不同工况运机在不同工况运转时，尽量，尽量处于高效率范于高效率范围内，以内，以获得得较高的高的转化效率，减小功率化效率，减小功率损失。失。v减速器或减速器或变速器中不速器中不设置倒档置倒档齿轮，倒，倒车是靠是靠电动机的反机的反转来来实现。电动汽车用电动机的基本要求v采用大功率的采用大功率的电动机来机来驱动电动汽汽车与采用小功率的与采用小功率的电动机相比，具有机相比，具有电阻小、效率高、比能耗低、阻小、效率高、比能耗低、动力性能好等力性能好等优点。点。v在确定在确定电动汽汽车所采用的所采

7、用的电动机机时，其性能必，其性能必须充分充分满足足电动汽汽车不同行不同行驶工况的要求。因此其性能要求有工况的要求。因此其性能要求有:v 1、要有、要有较大的起大的起动转矩来保矩来保证电动汽汽车的良好的起的良好的起动和加速性能和加速性能;爬坡、爬坡、频繁启繁启/停的要求停的要求,通常通常电机的机的过载系系数数应达达34。v 2、要有、要有较宽的恒功率范的恒功率范围，保，保证电动汽汽车具有高速行具有高速行驶的能力，的能力，电动机的机的过载系数系数应达到达到2-3倍倍;电动汽车用的电动机的基本要求v 3、要有、要有较大范大范围的的调速功能，在低速速功能，在低速时具有具有较大的大的转矩，在高速矩，在高

8、速时具有高功率，能具有高功率，能够根据根据驾驶员对加速踏板的加速踏板的控制，随即地控制，随即地调整整电动汽汽车的行的行驶速度和相速度和相应的的驱动力力;v 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性,在在较宽的的转速速/转矩范矩范围内内,获得最得最优的效率的效率,提高一次充提高一次充电后的持后的持续行行驶里程里程,一般要一般要求在典型的求在典型的驾驶循循环区区,获得得85%93%的效率。的效率。v 5、再生制、再生制动时的能量回收率高。的能量回收率高。v 6电动机的外形尺寸要求尽可能小，机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能量尽可能轻;v 7电动机的可靠性好，耐温和耐潮性能机的可靠性好，耐温和耐

9、潮性能强，能，能够在在较恶劣的劣的环境下境下长期工作，运行期工作，运行时噪音低，噪音低，维修方便。修方便。v 8 价格低价格低 电技电技机术机术系要系要统求统求要有低速大转矩以满足整车起步和爬坡功能；要有低速大转矩以满足整车起步和爬坡功能；要有高效率以降低电机系统的损耗从而提高电机长要有高效率以降低电机系统的损耗从而提高电机长时间运行的能力，降低系统高温退磁的机率时间运行的能力，降低系统高温退磁的机率要有好的抗震性和低噪声，以及宽广的平滑调速调转矩区域要有好的抗震性和低噪声，以及宽广的平滑调速调转矩区域以满足整车各种行驶工况，同时提高整车的平顺性；以满足整车各种行驶工况，同时提高整车的平顺性；

10、对于混合动力车用的电机系统要有好的抗热性，抗周期冲击的性能对于混合动力车用的电机系统要有好的抗热性，抗周期冲击的性能要有高可靠性和耐久性，以满足整车的安全性和长期使用的功能要有高可靠性和耐久性，以满足整车的安全性和长期使用的功能要有高速高功率以满足整车高速行驶的能力要有高速高功率以满足整车高速行驶的能力要有低速大转矩以满足整车起步和爬坡功能；要有低速大转矩以满足整车起步和爬坡功能；整车布置空间限制，尤其是整车轴向整车布置空间限制，尤其是整车轴向空间有限，因此电机系统还有具备高功率密度空间有限，因此电机系统还有具备高功率密度电动机技术要求电动汽车常用电机驱动系统v一、直流电动机驱动系统一、直流电

11、动机驱动系统v二、交流感应电动机驱动系统二、交流感应电动机驱动系统v三、开关磁阻电动机驱动系统三、开关磁阻电动机驱动系统v四、永磁无刷电动机驱动系统四、永磁无刷电动机驱动系统直流电动机直流电动机他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励

12、他励UfIfIaUM并励并励UIfM串励串励UM复励复励U直流电动机的类型直流电动机的类型直流电机的组成v定子定子v转子转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。v气隙气隙永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。产生磁通，称为励磁。直流电机的组成直流电机驱动系统v直流电机的组成？直流电机的组成？定子、转子、气隙v直流电机原理？直流电机原理？

13、利用电刷实现换向v直流电机的类型？直流电机的类型？他励、并励、串励、复励v直流电机调速方法？直流电机调速方法？变电压调速、变磁通调速、变电阻调速变电压调速、变磁通调速、变电阻调速v直流电机驱动系统的特点？直流电机驱动系统的特点？成本低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟，效率低，需定期维护，体积大、重量大异步电动机v工作原理工作原理根据电磁感应原理制成，在定子绕组上加上三相交流电源后产生顺时针方向旋转磁场，使定子铁心中产生磁通，转子绕组由于切割这个磁场而感应出电动势，在闭合的转子绕组中将有感应电流流动。当改变相序时，电机转向将相反。v定子定子产生磁场，由定子铁心、定子绕组、铁心外侧的外壳、支承

14、转子轴的轴承组成。v转子转子转子绕组有笼型和绕线型两种异步电动机特点v效率高效率高v结构简单结构简单v坚实可靠坚实可靠v免维护免维护v体积小体积小v重量轻重量轻v易于冷却易于冷却v寿命长寿命长v本身成本低，但其本身成本低，但其逆变器成本高逆变器成本高永磁同步电动机v永磁无刷永磁无刷电动机可以分机可以分为由由方波方波驱动的无刷直流的无刷直流电动机系机系统(BLDCM)和由和由正弦波正弦波驱动的无刷直流的无刷直流电动机系机系统(PMSM)，其中以永磁同步，其中以永磁同步电机机应用最用最为广泛目前，由广泛目前，由日本研制的日本研制的电动汽汽车主要采用主要采用这种种电机。如丰田的机。如丰田的Prius

15、混混联汽汽车。它。它们都具有都具有较高的功率密度，其控制方式与感高的功率密度，其控制方式与感应电机基本相同，因此在机基本相同，因此在电动汽汽车上得到了广泛的上得到了广泛的应用，用，是当前是当前电动汽汽车专用用电动机的研机的研发热点。点。vBLDCM系系统不需要不需要绝对位置位置传感器，一般采用霍感器，一般采用霍尔元件元件或增量式或增量式码盘。PMSM系系统需要需要绝对式式码盘或旋或旋转变压器等器等转子位置子位置传感器，感器，这类电机具有机具有较高的能量密度和效高的能量密度和效率，其体率，其体积小、小、惯性小、响性小、响应快，非常适用于快，非常适用于电动汽汽车的的驱动系系统，有极好的，有极好的应

16、用前景。用前景。交流永磁电机驱动系统特点v优点点 高质量比功率高质量比功率，高效率高效率等。等。v缺点缺点 控制系统复杂，成本高控制系统复杂，成本高，功率范，功率范围较小等。小等。v优点点 高起高起动转矩、低起矩、低起动电流流 高效率、低高效率、低损耗耗 电机机结构构简单，适，适应于高速运于高速运转，成本低，成本低 电机功率机功率电路路简单 可靠性好可靠性好 良好的适良好的适应性性v缺点缺点 控制系控制系统复复杂，输出出转矩波矩波动较大大，振，振动大、噪声大等。大、噪声大等。开关磁阻电机驱动系统特点电机驱动系统总结v目前电动汽车电驱动系统的研究主要集中在以下几目前电动汽车电驱动系统的研究主要集

17、中在以下几个方面：个方面：v无速度传感器、无位移传感器的交流驱动系统是今无速度传感器、无位移传感器的交流驱动系统是今后发展方向之一；后发展方向之一；v效率优化控制，在电动汽车上显得特别重要；效率优化控制，在电动汽车上显得特别重要；v电机参数的自动测量、控制系统参数的自动整定是电机参数的自动测量、控制系统参数的自动整定是高性能控制系统的一个标志；高性能控制系统的一个标志；v高效率、大容量和高可靠性的永磁材料、设计和制高效率、大容量和高可靠性的永磁材料、设计和制造。造。项目目直流直流电机机感感应电机机永磁永磁电机机开关磁阻开关磁阻电机机比功率比功率低低中中高高较高高峰峰值效率效率(%)858994

18、95959790负荷效率荷效率(%)8087909285977886功率因数功率因数(%)-828590936065恒功率区恒功率区-1:51:2.251:3转速范速范围(r/min)400060001200015000400010000可可15000可靠性可靠性 一般一般好好优良良好好结构的构的坚固性固性差差好好一般一般优良良电机外廓机外廓大大中中小小小小电机机质量量大大中中小小小小电机成本机成本($/kW)108121015610控制操作性能控制操作性能最好最好好好好好好好控制器成本控制器成本低低高高高高一般一般驱动电机的基本性能比较电机类型电机类型特点特点控制技术控制技术发展趋势发展趋势

19、直流有刷电机直流有刷电机驱动系统驱动系统优点：结构简单，成本低，起步加速牵引力优点：结构简单，成本低，起步加速牵引力大大缺点：有机械换向器缺点：有机械换向器 ，最高速受限，需定，最高速受限，需定期维护保养；体积大期维护保养；体积大脉宽调制技术脉宽调制技术控制系统：较简单控制系统：较简单逐步被替代逐步被替代异步电机驱动异步电机驱动系统系统优点：结构简单、坚固耐用、成本低廉、运优点：结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，低转矩脉动，低噪声，转速极限高行可靠，低转矩脉动，低噪声，转速极限高 缺点：低速小负载时效率低；控制系统结构缺点：低速小负载时效率低；控制系统结构负载，故障率高，成本高负载，故障

20、率高，成本高控制技术：控制技术：V/F V/F 控制、转差控制、转差频率控制、矢量控制和直、频率控制、矢量控制和直、接转矩控制接转矩控制(DTC)(DTC)和无转速传和无转速传感器的控制法感器的控制法有被其它新型无刷永磁牵引电机有被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代的趋势；驱动系统逐步取代的趋势；美国倾向于采用异步电机驱动系美国倾向于采用异步电机驱动系统统无刷永磁同步无刷永磁同步电机驱动系统电机驱动系统优点：具有较高的功率密度和效率以及宽广优点：具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围；的调速范围；缺点：但造价较高，永磁材料会有退磁效应，缺点：但造价较高，永磁材料会有退磁效应，抗腐蚀性

21、差，磁场不可变抗腐蚀性差，磁场不可变低速时常采用矢量控制，包低速时常采用矢量控制，包括气隙磁场定向、转子磁链括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向；高速定向、定子磁链定向；高速时用弱磁控制时用弱磁控制得到日本和美国汽车公司亲睐得到日本和美国汽车公司亲睐已在国内外多种电动车辆中获得已在国内外多种电动车辆中获得应用，发展前景十分广阔应用，发展前景十分广阔 开关磁阻电机开关磁阻电机驱动系统驱动系统 优点：高密度、高效率、轻量化、低成本、优点：高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速宽调速缺点：但具有高度的非线性缺点：但具有高度的非线性应用较多的是智能控制，如应用较多的是智能控制，如神经网络神经网络,模糊控制模糊控制,滑模控滑模控制等智能控制方法制等智能控制方法无传感器的无传感器的SRDSRD也是未来的发展也是未来的发展趋势之一趋势之一 ；极具潜力，但目前；极具潜力，但目前应用还受限制；应用还受限制；德国、英国等大力开发开关磁阻德国、英国等大力开发开关磁阻电机电机各种电机性能、控制技术和应用趋势各种电机性能、控制技术和应用趋势