电动汽车电动机资料教学资料

1、1、驱动电动机功率匹配v 电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的影响。对于纯电动汽车用电机，在选择电机的功率时还要考影响。对于纯电动汽车用电机，在选择电机的功率时还要考虑以下几个因素虑以下几个因素:v a、最高车速。电机的功率必须能满足电动汽车最高车速的、最高车速。电机的功率必须能满足电动汽车最高车速的功率要求，以保证汽车在良好路面和空载情况下，能获得较功率要求，以保证汽车在良好路面和空载情况下，能获得较高的行驶速度。高的行驶速度。v b、加速性能。电机的功率越大，则电动汽车的后备功率就、加速性能。电机的功率越大，则电动汽车的后

2、备功率就越多，从而其加速性能越好。但过多的后备功率又会增加纯越多，从而其加速性能越好。但过多的后备功率又会增加纯电动汽车不必要的能量消耗。电动汽车不必要的能量消耗。v c、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一定的过载、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一定的过载能力，即能承受较大的过载电流，能发出高于额定转矩能力，即能承受较大的过载电流，能发出高于额定转矩2倍倍以上的转矩。以上的转矩。3-5倍倍电机功率的选择电机功率的选择2、电机、电池电压的选择v在选择了电机和电池的类型后，就要确定电机的额在选择了电机和电池的类型后，就要确定电机的额定电压和电池的电压。在电机功率一定的情况下，定电

3、压和电池的电压。在电机功率一定的情况下，电压越高，电流越低，线路功率损失就越小，电池电压越高，电流越低，线路功率损失就越小，电池以小电流放电时，可获得较大的容量。但电压过高，以小电流放电时，可获得较大的容量。但电压过高，又影响电子元器件的性能和安全。又影响电子元器件的性能和安全。3、电池容量选择v 众所周知，目前影响电动汽车商品化和实用化进程的关键因众所周知，目前影响电动汽车商品化和实用化进程的关键因素是电动汽车的续驶里程和电池的使用性能素是电动汽车的续驶里程和电池的使用性能(包括电池的充包括电池的充电时间、安全性、价格和使用寿命等电时间、安全性、价格和使用寿命等)。在选择电池的容量。在选择电

4、池的容量时，既要满足汽车的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的时，既要满足汽车的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的空间结构和底盘承载能力。因为选择电池容量过大，电池组空间结构和底盘承载能力。因为选择电池容量过大，电池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的重量增所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的重量增加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又影响纯电动汽车的续驶里程。影响纯电动汽车的续驶里程。4、传动系的传动比的选择v 汽车在行驶过程中，通过一定的传动比来满足不同行驶工况汽车在行驶过程中，通过一定的传动比来满足不同

5、行驶工况的需要。传动比起到减速增矩的作用。的需要。传动比起到减速增矩的作用。v 尽管电机一般都具有较宽的调速范围，但在纯电动汽车的设尽管电机一般都具有较宽的调速范围，但在纯电动汽车的设计过程中要选择合理的传动比，一方面满足不同工况要求，计过程中要选择合理的传动比，一方面满足不同工况要求，另一方面使得电机在不同工况运转时，尽量处于高效率范围另一方面使得电机在不同工况运转时，尽量处于高效率范围内，以获得较高的转化效率，减小功率损失。内，以获得较高的转化效率，减小功率损失。v 减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电动机的反转减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电动机的反转来实现。来实现。电动

6、汽车用电动机的基本要求v 采用大功率的电动机来驱动电动汽车与采用小功率的电动采用大功率的电动机来驱动电动汽车与采用小功率的电动机相比，具有电阻小、效率高、比能耗低、动力性能好等机相比，具有电阻小、效率高、比能耗低、动力性能好等优点。优点。v 在确定电动汽车所采用的电动机时，其性能必须充分满足在确定电动汽车所采用的电动机时，其性能必须充分满足电动汽车不同行驶工况的要求。因此其性能要求有电动汽车不同行驶工况的要求。因此其性能要求有:v 1、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好的起动、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好的起动和加速性能和加速性能; 爬坡、频繁启爬坡、频繁启/停的要求停的要求,通

7、常电机的过载系通常电机的过载系数应达数应达34。v 2、要有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有高速行、要有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有高速行驶的能力，电动机的过载系数应达到驶的能力，电动机的过载系数应达到2-3倍倍;电动汽车用的电动机的基本要求v 3、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较大的转、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速踏板的矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速踏板的控制，随即地调整电动汽车的行驶速度和相应的驱动力控制，随即地调整电动汽车的行驶速度和相应的驱动力;v 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性,在较宽

8、的转速在较宽的转速/转矩范围内转矩范围内,获得最优的效率获得最优的效率,提高一次充电后的持续行驶里程提高一次充电后的持续行驶里程,一般要一般要求在典型的驾驶循环区求在典型的驾驶循环区,获得获得85%93%的效率。的效率。v 5、再生制动时的能量回收率高。、再生制动时的能量回收率高。v 6电动机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻电动机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻;v 7电动机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶电动机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。v 8 价格低价格低 电技电技机术机术系

9、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；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

10、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

11、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）

12、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？ 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

13、、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

14、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 永磁无刷电动机可以分为由永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系方波驱动的无刷直流电动机系统统(BLDCM)和由和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，其中以永磁同步电机应用最为广泛目前，由，其中以永磁同步电机应用最为广泛目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机。如丰田的日本研制的电动汽车主要采用这种电机。如丰田的Prius混联汽车。它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感混联汽车。

15、它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，应电机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车专用电动机的研发热点。是当前电动汽车专用电动机的研发热点。v BLDCM系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件或增量式码盘。或增量式码盘。PMSM系统需要绝对式码盘或旋转变压系统需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车

16、的驱动系统，有极好的应用前景。驱动系统，有极好的应用前景。交流永磁电机驱动系统特点v优点优点 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，功率范围较小等。，功率范围较小等。v 优点优点 高起动转矩、低起动电流高起动转矩、低起动电流 高效率、低损耗高效率、低损耗 电机结构简单，适应于高速运转，成本低电机结构简单，适应于高速运转，成本低 电机功率电路简单电机功率电路简单 可靠性好可靠性好 良好的适应性良好的适应性v 缺点缺点 控制系统复杂，控制系统复杂，输出转矩波动较大输出转矩波动较大，振动大、噪声大等。，振动大、噪声大等。开关磁阻电机驱动系

17、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。项目项目直流电机直流电机感应

18、电机感应电机永磁电机永磁电机开关磁阻电机开关磁阻电机比功率比功率低低中中高高较高较高峰值效率峰值效率(%)85899495959790负荷效率负荷效率(%)8087909285977886功率因数功率因数(%)-828590936065恒功率区恒功率区-1:51:2.251:3转速范围转速范围(r/min)400060001200015000400010000可可15000可靠性可靠性 一般一般好好优良优良好好结构的坚固性结构的坚固性差差好好一般一般优良优良电机外廓电机外廓大大中中小小小小电机质量电机质量大大中中小小小小电机成本电机成本 ($/kW)108121015610控制操作性能控制操作

19、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