驱动电机系统-2
项目二 电机学基础知识
开关磁阻电机工作原理: 开关磁阻电机的运行遵循 “磁阻最小原 理” ———磁通总要沿磁阻最小的路径闭合， 而具有一定形状的铁芯在 移动到最小磁阻位置时， 必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
2.开关磁阻电机特点 开关磁阻电机的结构比其他任何一种电机都要简单， 在电机的转子上 没有集电环、 绕组和永磁体等。 开关磁阻电机还具有在较宽转速和转矩范围内高效运行、 控制灵活、 可四象运行、 响应速度快、 成本较低等优点， 工艺性好， 适用于高速， 环境适应性强。 3.开关磁阻电机的控制系统 开关磁阻电机驱动系统的核心是开关磁阻电机 (ＳＲＭ)ꎬ 它涉及电机、 电力电子、 微机、 控制、 光电转换、 角度测量等多学科知识、 结构比 较复杂、 控制系统要求也比较独 特、 感应电机和永磁同步电机的控制方法通常难以满足系统的控制要求。 由于开关磁阻电机具有明显的非线性特性， 系统难于建模， 一般的 线性控制方式不适于开关磁阻电机系统。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
驱动电机及其控制系统如图2-1所示。
二、新能源汽车常用电机驱动系统
（一）驱动电机系统简介 新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势，在纯电动汽车上体现尤
为明显: 以电机代替内燃机，由电机驱动而无须自动变速器，相对于自动 变速器，电机结构简单、技术成熟、运行可靠。
(二) 电动汽车电机的基本要求 (１) 电机结构紧凑、 尺寸小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行 特殊设计。 (２) 质量轻，以减轻车辆的整体质量，应尽量采用铝合金外壳，同时 转速要高，以减轻整车的质量，增加电机与车体的适配性，扩大车体可利 用空间，从而提高乘坐的舒适性。
4.2任务二 驱动电机及控制系统结构原理
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
1.驱动电机系统 动力电池的高压直流电输送至电机控制器，电机控制器将直流电转换为交流电输送 给驱动电机。
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
1.驱动电机系统 在再生能量阶段，通过车轮的旋转带动电机转动。此时电动机转为发电机的功能， 由电机控制器将电机产生的交流电转为直流电，然后向动力电池充电。
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
2.电机控制器 （3）电机控制器 电机控制器通过脉冲宽度调制PWM的方式控制IGBT工作，从而将电流从DC转换 到AC(电池到驱动电机)或者从AC转化到DC(驱动电机到电池)。
任务二 驱动电机及控制系统结构原理 3.电机系统运行数据分析
任务二 驱动电机及控制系统结构原理 3.电机系统运行数据分析
目录
CONTENTS
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
学习目标 1.了解驱动电机及控制系统基本结构 2.了解电机控制器的功能及结构原理 3.能够分析驱动电机系统的运行数据
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
一、相关知识 1.驱动电机系统 新能源电动汽车的驱动电机系统主要由驱动电动机DM和电机控制器MCU组成， 电机系统通过高低压线束、冷却管路与整车其它系统进行连接。
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
1.驱动电机系统 （3）旋转变压器 旋转变压器是一种电磁式传感器，又称作同步分解器，简称旋变。用来测量驱动电 机的转轴角位移和角速度。由激励绕组、余弦绕组和正弦绕组3个线圈组成。
任务二 驱动电机及控制系统结构原理
2.电机控制器 （1）电机控制器功能 电机控制器是驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，通常简称为MCU。 主要功能是控制电机的旋转速度、旋转方向以及再生能量回收。此外，电机控制器 还要对电流传感器、电压传感器、温度传感器等输入信号进行处理，并将驱动电机 系统的运行状态通过CAN总线发送给整车控制器。
ZDM-2HA2280驱动器说明书_用户操作手册V1.35
ZDM-2HA2280全数字式闭环三相步进驱动器使用说明书【使用前请仔细阅读本手册，以免损坏驱动器】一、产品简介 (2)1．概述 (2)2．技术背景与特点 (2)3．性能参数 (2)4．产品相对优势 (3)二、电气、机械和环境指标 (3)1．电气指标 (3)2．使用环境及参数 (3)3．机械安装尺寸图(单位:MM) (4)4．加强散热方式 (4)三、驱动器接口与接线介绍 (4)1．接口定义 (4)2．控制信号接口电路图 (5)3．控制信号时序图 (5)4．控制信号模式设置 (6)四、拨码开关设定 (6)1．细分设定 (6)2．电机型号选择....................................................................... 错误！未定义书签。
3．脉冲输入方式选择. (6)4．电机旋转方向 (6)五、驱动器参数设置 (7)六、供电电源选择 (7)七、产品保修条款 (7)ZDM-2HA2280全数字式闭环三相步进电机驱动器一、产品简介1．概述ZDM-2HA2280 是本公司基于十几年步进与伺服研发经验，开发成功的一款新型闭环三相步进电机驱动器，采用最新电机控制双核专用芯片和应用矢量型闭环控制算法，从而彻底克服了开环步进电机丢步的问题，同时由于使用三相步进电机和交流220V直接供电，能明显提升电机的高速性能和扭矩输出、降低电机的发热程度和减小电机的高中低速振动，从而提升机器的加工速度和精度以及降低机器的能耗。
此外，在电机连续过载时，驱动器会输出报警信号，具有与交流伺服系统同样的可靠性。
同时电机安装尺寸与传统的86-110系列步进电机完全兼容，传统步进驱动方案极易升级，并且成本相比开环步进电机增加不多，仅相当于传统交流伺服系统的30-50%。
2．技术背景与特点闭环步进电机控制作为一种新型的步进电机控制技术，是在传统步进电机后轴上安装了高精度光学增量编码器，由于编码器具备转子实时位置信息回传特性，所以驱动器可以实时监测电机轴位置，每秒取样电机轴位置信息达到20000次，这使得驱动器可实时补偿位移偏差，保证精确定位。
新能源汽车驱动电机及控制系统检修 习题及答案 吴常红 2-1 直流驱动电机结构与检修
项目二新能源汽车驱动电机检修任务一直流驱动电机结构与检修一、填空题（2分/空，共36分）1 直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
2.定子主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等组成，用来产生.磁通和进行机械固定。
3.主磁极的作用是产生一气隙磁场，磁极可以是永磁体，也可以是电励磁式的。
4.电刷作为转子电枢绕组的引出端，它的作用主要是一导通作用°目前，高端的新型直流电机的电刷采用先进的电子接触，称为无刷电机。
5.转子主要由电枢绕组、电枢铁心及换向器等组成，也称为电枢。
6.电机里的定子和转子之间会留有」定子和转子的结构行驶以及气隙的大生对电机性能有重要影响。
7.电枢铁心有两个作用，一是一作为主磁路的主要部分：二是一嵌放电枢绕组。
8.换向器是直流电机里的一种特殊装置，每两个相邻的换向片中间是云母绝缘片。
9.直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。
10.按励磁方式，直流电动机可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机等。
二、单选题（4分/题，共20分）1.普速无刷直流电机的转速通常高于（B）oΛ.8000RpmB.IOOOORpniC.12000RpmD.20000Rpm2.属于汽车上常用的直流机是（B）oA.他励直流电动机和并励直流电动机B.并励直流电动机和串励直流电动机C.串励直流电动机和复励直流电动机D.他励直流电动机和复励直流电动机3.使用截面积较大的导线绕成，而匝数较少的是。
（C）A.他励直流电动机B.并励直流电动机C.串励直流电动机和D.复励直流电动机4.按电机绕组连接方式，无刷直流电机的电子换向器可分为（B）。
Λ,全桥式和半桥式B.星形和三角形C.桥式和三角形D.半桥式和星形5.对环境要求较高，使用寿命较短的传感器是（A）。
A.光电式位置传感器B.磁敏式位置传感器C,转子位置传感器D.电磁式位置传感器三、判断题（4分/题，共24分）1直流电机具有控制系统简单、启动转矩大和调速好等诸多优点。
驱动电机系统的组成
驱动电机系统的组成使用驱动电机系统的组成：一、控制器：1. 电源-采用直流电源以驱动所需的电机；2. 伺服控制器-伺服控制器用于控制驱动电机的输出，并根据实时传感器输入更新驱动电机参数以适应环境变化；3. 步进控制器-步进控制器用于控制步进电机，实现定位移动功能；4. 放大器-放大器可以提高电机的输出功率，以达到较快的实现电机运转的速度和响应能力；5. 监控系统-与伺服控制系统配合使用，可以通过对电源的控制实时监控电机的运动状态，实现电机的负载自动调节等功能；二、电机：1. 直流电机-采用直流电机可以实现高速、高精度、低耗能，使用安全可靠；2. 步进电机-步进电机可实现低速、高精度、高耗能的电动控制，实现精细化定位移动；3. 驱动器-可以与电机相配合实现对动作控制和位置控制，例如恒定速度运行，定小范围位移。
三、元件：1. 传感器-可以通过实时监控电机的转速和加速度，精准控制电机的运行状态；2. 接口器-可以与控制器连接，如接收和传递电源、数据信号等；3. 线缆-用于连接传感器和控制器及电机之间，一般采用铜线或光纤缆进行配置；4. 保护装置-可以在出现错误时，及时关断电源，保护驱动电机的安全运行。
四、零件：1. 轴承-用于支撑、支持电机运行，有滚动轴承和滑动轴承等；2. 止动装置-用于控制电机的定位运动，消除电机的抖动，如液压减速机、机械、刹车及齿轮等；3. 接头-用于连接电机、控制器和电源等固定结构配件；4. 防护罩-用于防止异物入侵，保证安全运行，如传感器防护罩、驱动器防护罩等；5. 锁具-用于防止操作人员误操作的固定结构配件。
五、外围设备：1. 气动开关-控制电机的运行速度和起动，保护电路和设备的安全；2. 冷却系统-用于驱动电机过热时冷却电机，保护电动机系统正常运行；3. 变频器-通过变频器可以改变电机的转速，使电机在规定转速以内运行，以达到节能的效果；4. 传动系统-可以实现电动机动作的传动，如皮带传动、蜗杆传动等；5. 定位系统-用于判断电动机的实际位置，并可进行位置的实时跟踪；6. 气动装置-采用气动装置可以实现电机的快速响应及启动，达到快速定位的效果。
新能源汽车驱动电机系统检测与维修习题册参考答案
新能源汽车驱动电机系统检测与维修习题册参考答案绪论一、填空题1．整车电控系统2．驱动电机系统3．驱动电机控制器4．动力蓄电池5. 动力蓄电池6．电池管理系统（BMS）7.驱动电机控制器二、选择题1．C 2.A 3. B 4. B 5. D三、判断题1.√2.√3.×4.√5.×6.×四、简答题1.答：新能源汽车，尤其是电动汽车的核心部分是“三电”系统——驱动电机系统、动力电池系统和整车电控系统。
电动电机系统作为电动汽车三大系统之一，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、经济性和舒适性。
动力电池作为电动汽车的能量源，是电动汽车的核心部件之一。
动力电池的性能直接影响电动汽车的行驶里程。
整车电控系统的作用是对整车的所有动作进行检测和指挥，类似于人类的大脑。
2. 答：（1）电机驱动系统永磁化由于永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点，采用矢量控制的变频调速系统，可使永磁电动机具有宽广的调速范围。
因此，电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一。
（2）电机驱动系统数字化数字化包括驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化和测量单元数字化。
未来电机驱动技术发展必然趋势同时表现为数字化，随着计算机技术发展，高速、高集成度、低成本的微机专用芯片等问世及商品化，全数字控制系统将成为可能。
（3）电机驱动系统集成化、轻量化电机驱动技术集成化既能解决不同工艺电路间组合和高电压隔离等问题，又能够有效减小电机驱动系统体积和重量，但由于仍存在一些较高难度技术问题，未来驱动电机系统集成化需要解决很多难题，且需进一步降低成本，提高系统可靠性。
模块一驱动电机系统的认知课题一驱动电机的认知一、填空题1.绕组励磁式、永磁式、单相、三相2.直流、交流异步、同步、开关磁阻、轮毂3.电刷、有刷、无刷4.笼型感应电机、绕线转子感应电机5.高速、低速、恒速、调速6.直流电机、交流感应电机、永磁电机7.轮毂电机8.交流、电磁感应9.转子、定子10.定转子、转子位置传感器二、选择题1.C2.D3.D4.B5.C6.C7.D8.B9.A 10.D三、判断题1. ×2.√3.×4.√5.×6.√四、简答题：1.答：永磁同步电机是在转子中加入永磁体来强化转子性能，并与定子在转速同步旋转的形态下形成电流。
新能源故障诊断--驱动电机系统故障诊断
2. 电机控制器
主要功能：
1.整车控制器 (ＶＣＵ) 根据驾驶人意图发出各种指令，电机控 制机器响应并回馈，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。
2.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。
北汽EV200电机控制器
6.2 驱动电机系统测试
一、驱动电机系统绝缘测试
北汽EV系列的驱动电机为永磁同步电机，具有效率高、 体积小、重量轻及可靠性高等优点。为了保证安全，驱 动电机必须有良好的绝缘性，绝缘测试步骤如下：
（1）检测所需工具：绝缘手套、绝缘 鞋、兆欧表FLUKE1587C。
（2）检测步骤： 1.确认绝缘鞋和绝缘手套、绝缘帽正常。 2.将低压蓄电池负极断开，并在负极接口处用胶带粘住。 3.拔掉高压盒电机控制器输入插头 4.用万用表确认所测部位没有高压 5.正确选择兆欧表量程：500V 6.检查兆欧表是否完好：将L端与E端短接，按下TEST ONOFF指针到0；将L端与E端分开悬空，按下TEST ON-OFF指 针到无穷大。否则更换兆欧表。 7.将兆欧表黑表笔接于车身，红表笔逐个测量正负极端子。
驱动电机系统由驱动电机（DM）、电机控制器(MCU)、 机械传动装置构成，通过高低压线束、冷却管路，与其 他系统作电气和散热连接
北汽EV200 15款驱动电机系统组成
驱动电机系统：通过有效的控制策略将动力电池提供的直流电转化为交流 电，实现电机的正转和反转控制。在制动/减速时将电机发出的交流电转化 为直流电，将能量回收给动力电池。
图 6-5 IGBT模块
（4） 驱动控制模块:将中央控制模块的指令转换成对逆 变器中可控硅的通断指令，并作为保护装置，具备过压、 过流等故障的监测保护功能。
电动汽车用驱动电机系统及电驱动总成能效等级和试验方法
电动汽车用驱动电机系统及电驱动总成能效等级和试验方法1 范围本规范规定了电动汽车用驱动电机系统及电驱动总成能效等级划分方法、试验条件和试验方法等。
本规范适用于电动汽车用驱动电机系统、以及包括电机、变速装置等多种形式在内的电驱动总成，对仅具有发电功能的车用电机及其控制器可以参照本规范执行。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 755-2008 旋转电机定额和性能GB/T 18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件GB/T 18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统第2部分：试验方法3 术语和定义GB/T 19596、GB/T 18488.1-2015中确立的及下列术语和定义适用于本规范。
3.1电驱动总成electric drive assembly电动汽车动力驱动总成单元，包括但不限于以下部分：驱动电机、变速装置、电机控制器等。
3.2能效energy efficiency在规定的测试条件及测试方法下，驱动电机系统或电驱动总成的高效工作区（效率不低于85%）占总工作区的百分比数值。
4 技术要求4.1基本要求驱动电机系统及电驱动总成的一般性要求、输入输出特性、环境适应性、可靠性等应分别符合相关标准。
4.2测试用仪器仪表要求除另有规定外，测试中所使用的仪器仪表的选择及准确度等应满足GB/T 18488.2-2015中4.2的规定和要求。
4.3能效等级划分驱动电机系统或电驱动总成能效等级分为4级，如表1、表2所示，其中1级能效最高。
表1 电驱动总成能效等级5 试验方法驱动电机系统或电驱动总成能效试验方法参考GB/T 18488.2-2015中7.2.5.7规定的方法执行，样品冷却入口温度50℃±2℃，必要时可增大温度允差；流量依据产品的技术要求规定；风冷机的吹拂点、散热片等温度按制造厂的规定；电机绕组温度不低于70℃，上述条件应在测试报告中予以说明。
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编号 A B C D E F G H L K U V W
信号名称 R1 R2 S1 S3 S2 S4 TH0 TL0 TH1 TL1 电机U相 电机V相 电机W相
说明
电机旋转变压器接 口
电机温度接口
电机三相输入连接 器
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
型号
控制器信号接口：
1 13 24 12 23 35
电机控制系统使用了如下传感器来提供电机的工作信
息，包括： 电流传感器：用以检测电机工作的实际电流（包括母线
电流、三相交流电流）
电压传感器：用以检测供给电机控制器工作的实际电压 （包括高压电池电压、蓄电池电压）
温度传感器：用以检测电机控制系统的工作温度（包括
模块温度、电机控制器温度）
三、E150EV电机系统主要技术参数
六、E150EV电机系统故障诊断
采用万用表欧姆档检查 R1\R2（33±10%Ω）
六、E150EV电机系统故障诊断
采用万用表欧姆档检查 S1\S3（60±10%Ω）
六、E150EV电机系统故障诊断
采用万用表欧姆档检查 S2\S4（60±10%Ω）
AMP 35pin C-776163
编号 12 11 10 21 9 22 35 34 23 32 33 29 30 3 15 4 7 2 1
信号名称 R1旋变信号 R2旋变信号 PB屏蔽 S1旋变信号 S3旋变信号 PB屏蔽 S2旋变信号 S4旋变信号 PB屏蔽 12V_G系 统的连接 示意图
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
电机低压信号接口（老版本）：
1 7
型号
电机高压接口：
6 12
编号
1
R1
信号名称
说明
Molex 19429-0047
RTHP6161SNH-35PS2 RTHP6161SXH-35PS2
RTHP6161SWH-35PS2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 U V
旋转变压器转子
旋转变压器定子
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
旋变工作原理 旋转变压器简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的 信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出 绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持 某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
电机系统的工作原理 在电机系统中，电机 的输出动作主要是靠控制 单元给定命令执行，即控
制器输出命令。控制器主
要是将输入的直流电逆变 成电压、频率可调的三相 交流电，供给配套的三相 交流永磁同步电机使用。
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
旋转变压器
驱动电机系统
主讲人：陈社会
一、纯电动汽车的基本结构
电动汽车的基本结构
二、E150EV电机系统组成
电机系统的安装位置
电机控制器 高压控制盒
冷凝器 驱动电机
二、E150EV电机系统组成
二、E150EV电机系统组成
二、E150EV电机系统组成
永磁同步电机（PMSM） 效率高、体积小、重量轻及可靠性高
W
R2 S1 S3 S2 S4 TH0 TL0 TH1 TL1 电机U相 电机V相
电机旋转变压器接 口
电机温度接口
电机W相
电机三相输入连接 器
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
电机低压信号接口（新版本）： 电机高压接口：
型号
Amphenol RTOW01419PN03
RTHP6161SNH-35PS2 RTHP6161SXH-35PS2 RTHP6161SWH-35PS2
五、E150EV电机系统的控制策略
电机系统发电模式
当车辆在溜车或刹车制动的时候，电机控制器从整车控制器得到发电命
令后，电机控制器将电机处于发电状态。此时电机会将车子动能转化成交流 电能。然后，交流电能通过电机控制器转化为直流电，存储到电池中。
六、E150EV电机系统故障诊断
温度保护功能
• 电机温度保护 当控制器监测到驱动电机温度传感器显示： 120℃≤温度＜ 140 ℃时，降功率运行； 温度≥140 ℃时，降功率至0 ，即停机。
电机 项目 类型 基速 转速范围 额定功率 峰值功率 额定扭矩 峰值扭矩 重量 参数 永磁同步电机 3000rpm 0～9000rpm 20kW 45kW 64Nm 144Nm 45～50kg 控制器
项目 直流输入电压 工作电压范围
控制电源 控制电源范围 重量
参数 336V 252～403V
12V 9～16V 9～11Kg
PMSM 是系统的重要执行机构，是电能转与 机械能转化的部件，并将自身的运行状态的信息
发送给电机控制器。
电机使用了一些传感器来提供电机的工作信
息。这些传感器包括：
旋转变压器：用以检测电机转子位置； 温度传感器：用以检测电机的绕组温度。
二、E150EV电机系统组成
电机控制器 电机系统的控制中心。它对所有的输入信号进行处理，并将电机 控制系统运行状态的信息发送给整车控制器。电机控制器内含功能诊断 电路。当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码，发送给整车控制器。
•
控制器温度保护 当控制器监测到散热基板板温度为：温度≥85 ℃时，超温保
护，即停机。 当控制器监测到散热基板板温度为： 85 ℃≥温度 ≥75 ℃时，降功运行。
六、E150EV电机系统故障诊断
旋变故障描述
出现旋变故障时（电机与控制器旋变线连接正确），一般分 为2种情况：一种电机旋转变压器故障，另一种为控制器旋变解 码电路故障。不管哪一种故障，都将会导致电机系统无法启动及 转矩输出偏小等现象。若出现以上情况，请首先检查电机旋转变 压器是否损坏，检测步骤如下： 根据电气接口表定义，采用万用表欧姆档检查S1\S3（60±10%Ω ）、S2\S4 （60±10%Ω） 、R1\R2（33±10%Ω）绕组阻值，若 为无穷大，表示损坏，需更换旋转变压器。若显示正常值，则表 示控制器内部旋变解码电路故障，需更换控制器主控板。
12V+电源
CAN_H CAN_L CAN_PB CAN_SHIELD TL电机温度 TH电机温度
控制电源接 口
CAN总线接口
电机温度传 感器接口
四、E150EV电机系统工作原理及接 口定义
控制器高压接口：
型号
RTHP0161PZ-H1 RTHP0161PY-H1 RTHP0161PN-H1 RTHP0161PX-H1 RTHP0161PW-H1
编号
+ U V W
信号名称 直流高压输入 正极 直流高压输入 负极 主电机U相 主电机V相 主电机W相
说明 控制器直流高 压输入端 控制器高压三 相输出端
五、E150EV电机系统的控制策略
电机系统驱动模式
整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、档位、电池 SOC 值来 决定TM 电机输出扭矩或功率。 当TM 电机控制器从整车控制器处得到扭矩输出命令时，将动力电池提供 的直流电能，转化成交流电能,以使TM 电机输出扭矩。此时TM 电机输出力矩 驱动车辆。