第四章 驱动电机及控制系统

小 轻
开关磁阻电机 较高
300-500 90
78-86 60-65 1：3 可以大于15000
好 优良
小 轻
5.电机中所用的材料
电机中使用的材料主要包括:导电材料、导磁材料、绝缘材料、结构材料等 。导电材料为紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。导磁材料主要是0.35或0.5mm厚 的硅钢片叠成,构成电机磁路。绝缘材料用来把导电体之间、导电体与铁磁体之间 绝缘开来，绝缘等级与允许温度对应关系如表4-3所示。结构材料是制造电机所需 要的其它金属材料。
（2）环境适应性 直流电动机作为新能源汽车的驱动电机时, 与在室外使用时
的环境大致相同, 所以要求在设计时充分考虑密封的问题, 防止 灰尘和水汽侵入电动机, 另外还要考虑电动机的散热性能。
（3）抗振动性 由于直流电动机具有较重的电枢, 所以在颠簸的路况行驶时
, 车辆振动会影响到轴承所承受的机械应力, 对这个应力进行监 控和采取相应的对策是很有必要的。 同时由于振动, 很容易影 响到換向器和电刷的滑动接触, 因此必须采取提高电刷弹簧预 紧力等措施。
绝缘等级
A
E
B
F
H
允许温度 OC 105
120
130
155
180
4.2 直流电机
直流电机由于存在调速性能好、过载能力强、控制简 单等优势，曾在调速电机领域独占鳌头，20世纪70年代前 ，对调速性能要求较高场合均采用直流电机。也是电动车 辆应用最早较广泛的电机。但由于存在换向火花、电刷磨 损及电机本身结构复杂等问题，随着交流变频调速技术发 展，交流调速电机后来居上。目前城市无轨电车和电动叉 车等场合还较多采用直流驱动系统虽直流电机应用在逐年 减少，但它包含了电力调速系统最基础的理论，即仍有必 要来分析讨论。并对由蓄电池提供直流电源的车辆，也有 可能设法以适当简化驱动器来降低成本。
整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机 控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的 怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机 控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障 检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。
2.电动汽车对驱动电机性能的要求
（1）结构紧凑、尺寸小、功率密度高、转矩密度高 纯电动汽车的整车布置空间有限，因此要求电机的结构尽 量紧凑，便于安装布置。 （2）可靠性要求高 能够在恶劣的条件下可靠工作，电机应具有较高的可靠性 耐温和耐蚀性，并且能够在较恶劣的条件下长期使用。 （3）重量轻、效率高、高效区广 驱动电机重量轻有利于降低整车的重量，延长汽车续航里 程。电机可通过采用铝合金外壳等途径降低其重量，各种 控制装置和冷却系统的材料也尽可能选用轻质材料。 （3）低噪音、低振动、舒适性强 为了满足驾驶舒适性的要求，要求电机低噪音，低振动。
第四章 驱动电机及控制系统
4.1 驱动电机及控制系统概述
驱动电机系统是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定
了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用 户驾乘感受。可见，驱动电机系统是纯电动汽车中十分重要 的部件。
驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器构成，通过 高低压线束、冷却管路，与整车其它系统作电气和散热连接.
机械效率
在额定运行时电机轴上输出的机械功率与电机在额定运行时电源输入
到电机定子绕组上的功率之比值。
电机及控制器整 电机转轴输出功率除以控制器输入功率
பைடு நூலகம்体效率
温升
电机在运行时允许升高的最高温度。
（2）各种驱动电机的基本性能比较
项目 功率密度 过载能力（%） 峰值效率（%） 负荷效率（%） 功率因数（%） 恒功率区 转速范围（rpm） 可靠性 结构的坚固性 电机的外形尺寸 电机质量
直流电动机 低 200
85-89 80-87 ------------4000-6000 一般
差 大 重
三相异步电动机 中
300-500 94-95 90-92 82-85 1：5
12000-20000 好 好 中 中
永磁同步电动机 高 300
95-97 97-85 90-93 1：2.25 4000-10000 优良 一般
（4）抗负载波动性 车辆在不同路况下行驶, 电动机的负荷会有较大的变动,
在市区行驶时,由于交通信号密集及道路拥挤等因素,车辆 起动、加速和制动等工况较频繁, 不可避免的经常在最大 功率下运行, 此时电刷与换向器之间的电火花和磨损非常 剧烈, 因此必须注意换向极和补偿绕组的设计 。在郊外行 驶时, 电动机的输出速度较高,转矩较低, 一般要以高效率 的额定条件运行,而直流电动机在高速运行情况下,对其换 向器部分的机械应力和换向条件的要求会变得严格, 因此 在大型车辆驱动系统中, 大多设置变速器以达到提高起动 转矩的目的 。
1.直流电动机的特点 （1） 调速性能好
直流电动机可以在重负荷条件下, 实现平滑的无级调速, 而且调速范围较宽 。
（2）起动转矩大 可以均匀且经济地实现转速调节, 因此,凡是在重负荷下
起动或是要求均匀调节转速的机械, 都可以使用直流电动机。 （3）控制简单
一般用斩波器控制, 具有效率高、控制灵活、质量和体积 小、响应速度快等优点。
（4）易磨损 由于存在电刷、 换向器等易损件, 所以必须进行定期维护
或更換。
2.新能源汽车直流电动机的性能要求 （1）低能耗性
为了延长一次充电续驶里程以及抑制电动机的温升、 尽量
保持低损耗和高效率成为直流电动机的重要特性 。 近年来, 由 于稀土系列永磁体的研究开发, 直流电动机的效率已明显提高, 能耗明显减低。
额定功率
额定条件下，电机轴上输出的机械功率。
峰值功率
在规定的时间内，电机允许输出的最大功率。
最高工作转速 相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。
最高转速
在无带载条件下，电机允许旋转的最高转速。
额定转矩
电机在额定功率和额定转速下的输出转距。
峰值转矩
电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。
堵转转矩
电机转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测的值
3.电机及分类
4.驱动电机主要性能指标及特点 （1）主要性能指标
序号 1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
13
性能指标
定义
额定电压
在额定工况运行时，电机定子绕组应输入的线电压。
额定电流
在额定电压下，电机轴上输出的机械功率为额定功率时，电机定子绕
组通过的线电流值。
额定转速
在额定电压输入下以额定功率输出时对应的电机最低转速。