电动汽车用开关磁阻电机驱动系统的设计
动力系统设计匹配规范
根据公式（1）可以得到如下公式
Ft − Fw = Ff + Fi .................................. (11)
将公式（3）、（5）代入上式，可以得到如下公式：
Ft − Fw = mgf cosα + mg sinα ............................ (12)
图1 电驱动系统结构简图
3.2.2 电机选型要求
电动汽车运行工况复杂，对驱动电机要求能够频繁的启动/停止、加速/减速，低速和爬坡的时候要 求转矩高，高速时转矩低，并要求宽广的调速范围。电机的选型要素通常包括：电机的类型、额定电压、 机械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。在基本物理参数定型的基础上通过匹配驱动系统和电子 控制系统是电机工作在最佳的性能区间。
4) 能量型蓄电池 以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池。
5) 功率型蓄电池 以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的蓄电池。
6) 容量恢复能力 蓄电池在一定的温度条件下，储存一段时间后再充电，其后放电容量与额定容量之比。
7) 充电终止电流 在指定恒压充电时，蓄电池终止充电时的电流。
式中：
..................................... (10)
ua —汽车行驶速度，单位为 km/h；
n —电机转速，单位为 rpm； i0 —主减速器传动比；
—车轮滚动半径，单位为 m ;
r
ig —当前档速比。
根据上述公式，我们还可以方便地估算出汽车在任意电机转速、档位下的驱动力、行驶阻力，进而 可以绘制出汽车的驱动力－行驶阻力平衡图。
3.2.4 传动系传动比的设计 电动机的起动转矩很大,可以实现低速恒扭矩、高速恒功率的工作模式,并且易实现无级调速和最大
新能源汽车电机驱动系统控制技术分析
新能源汽车电机驱动系统控制技术分析摘要：随着社会的发展，汽车已经成为了人们最主要的交通方式，随着科学技术的发展，新的能源汽车应运而生，它抛弃了传统的燃料和燃料，让汽车可以帮助人们更好的生活，也可以减少对环境的污染。
电机传动是新能源汽车的关键部件，对其进行优化和改进，可以有效地提升新能源汽车的质量，同时也可以通过优秀的电动机传动系统来提升企业在激烈的市场竞争中的核心竞争力。
关键词：新能源汽车；电机驱动系统；控制技术1.新能源汽车电机驱动系统控制技术概述新能源汽车的电机驱动系统中，电磁驱动器是实现电机驱动的关键部件，利用电机的转速来调整电机的转速，可以实现电机的驱动。
在永磁同步电动机中，三相的定子在一百二十度的角度上产生的磁场会在空气间隙内不停地转动，而由稀土永磁铁组成的正弦磁场可以维持转子的位置，当转子转动轴系与转动轴线系统重合时，定子磁场可以带动转子磁场转动，从而实现新型汽车电机的驱动控制器的解耦控制。
电动机的调速范围必须扩大，无论是恒功率区还是恒转距区都是一样，低速运行的横转距区可以在爬坡的时候有很大的转距来启动，而在高速度下的恒功率区低转距可以让新能源汽车在平台上快速地运行。
同时，新能源汽车还必须要有再生刹车的功能，这样才能让电池得到更多的电能，才能将新能源汽车的能量发挥到极致。
电机必须要能适应恶劣的环境，适合大规模的工厂制造，而且对电机的维护也很容易，而且价格也很便宜。
因此，用户在选购新能源汽车的电动机时，要考虑到电动机能否实现双向控制、电动机能否回收电能、刹车和再生能源。
2.新能源汽车电机驱动控制技术分类2.1直流电机驱动控制技术在新能源汽车的研制与生产中，首先被广泛采用的是直流电动机的驱动技术。
在晶闸管还没有研制出来之前，用电驱动的车辆，还得靠着机械来调整车速。
为了调节电动机电枢电压，采用了多组电池的串联数目。
很明显，这是一种比较死板、低效、不可靠的技术，而且在使用过程中，还会产生一些顿挫，影响到行车的舒适性和安全性。
驱动电机及其控制技术
驱动电机及其控制技术驱动电机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能。
驱动电机一般有直流电机、交流电机、永磁电机和开关磁阻电机四种。
由于直流电机在电动车上的应用较少，主要介绍永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机三种电机及其控制技术。
一.永磁同步电机及其控制技术；永磁同步电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能。
它在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。
永磁同步电机分为正弦波驱动电流的永磁同步电机和方波驱动电流的永磁同步电机两种。
这里以三相正弦波驱动的永磁同步电机为例，阐述永磁同步电机的结构与特点。
永磁同步电机的结构和传统电机样，它主要由定子和转子两大部分构成。
定子与普通异步电机的定子基本相同，由电枢铁心和电枢绕组构成。
电枢铁心一般采用0.5mm硅钢冲片叠压而成，对于具有高效率指标或频率较高的电机，为了减少铁耗，可以考虑使用0.35mm的低损耗冷轧无取向硅钢片。
电枢绕组则普遍采用分布短距绕组；对于极数较多的电机，则普遍采用分数槽绕组；需要进一步改善电动势波形时，也可以考虑采用正弦绕组或其他特殊绕组。
转子主要由永磁体、转子铁心和转轴等构成。
其中永磁体主要采用铁氧体永磁和钕铁硼永磁材料；转子铁心可根据磁极结构的不同，选用实心钢，或采用钢板、硅钢片冲制后叠压而成。
与普通电机相比，永磁同步电机还必须装有转子永磁体位置检测器，用来检测磁极位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电机驱动控制的目的。
根据永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的磁极结构可分为表面式和内置式两种。
(1)表面式转子磁路结构：在表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。
表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种，对采用稀土永磁材料的电机来说，因为永磁材料的相对回复磁导率接近，所以表面凸出式转子在电磁性能上属于隐极转子结构；而嵌入式转子的相邻两永磁磁极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电磁性能上属于凸极转子结构。
新能源汽车驱动系统的设计与控制
新能源汽车驱动系统的设计与控制随着人们对环境保护意识的不断加强，新能源汽车的市场需求不断增长，成为一个全新的发展领域。
新能源汽车的驱动系统是实现车辆动力输出和运行控制的核心部件，一定程度上决定着车辆的性能和车主的使用体验。
本文将围绕新能源汽车的驱动系统进行探究，明确系统的设计与控制方法。
一、新能源汽车驱动系统概述新能源汽车的驱动系统相比传统化石燃料汽车有很大不同，其动力来源多为电池，通过电机传递力量来驱动车辆。
然而，一般来讲，新能源汽车的驱动系统主要包括马达、电池、变速器和控制系统。
1、电驱马达电驱马达是新能源汽车驱动系统的核心部件，其功率大小直接影响着汽车的动力和续航能力。
通常，电驱马达按转子结构可以分为内转子和外转子型；按磁场型式又可分为永磁同步电机、感应电机、永磁直线电机以及开关磁阻电机等，具体型号要根据车辆的性能和用途来定。
2、电池电池是新能源汽车驱动系统的重要部分，其能量密度高、无污染、寿命长以及续航能力强，但也存在着储能方面的限制。
常见的电池有锂离子电池、钛酸锂电池、铅酸电池和超级电容器等，经过比较锂离子电池因能量和安全性因素表现更为突出。
3、变速器变速器是控制驱动力和车速的重要部分。
由于电驱动马达具有较宽的转速范围，采用传统的机械式变速器不再适用。
所以，新能源汽车采用的多是单速和多档位的电子变速箱，被称为电机控制系统和电机变速装置。
其中电子变速箱带有不断变速的转速系统，能够有效提高电机转速控制精度和响应速度。
根据传动形式，变速器又可分为同步齿轮电动车自动变速器、真空强度电子自动变速器等。
4、控制系统控制系统是新能源汽车驱动系统的关键部分，它支持不同器件之间的联动协作，通过驱动力系统的各个模块使驱动力的分配合理，使车辆的操作更加便捷。
其中，控制器就是实现各个模块协同工作的核心，由软件程序和控制模块组成。
大致包括：电池管理系统、电机控制单元、电子控制器和通讯总线等。
二、新能源汽车驱动系统设计要素新能源汽车驱动系统的设计要素与传统燃油汽车有很大不同，在此介绍其与设计要点。
东京理科大学成功开发出适合电动汽车使用的开关磁阻电机
东京理科大学成功开发出适合电动汽车使用的开关磁阻电机可达到永磁电机相同的性能东京理科大学的千叶明教授成功开发出了一种与现有混合动力（HEV）和纯电动汽车（EV）使用的永磁电机(Permanent Magnet Synchronous Motor：PMSM）具有相同性能，且无需使用稀土永磁材料的电机（见照片）。
它属于开关磁阻电机（Switched Reluctance Motors：SRM），通过电机结构以及材料选择等方面的改进，使转矩密度和效率两个重要指标均满足了电动汽车的要求。
开发的SRM样机尺寸与适用于Prius等汽车的PMSM相同，转速在1200r/min的情况下，最大转矩为403Nm（PMSM：400Nm），效率达到86%（PMSM：83%）。
SRM电机结构简单，耐热性出色；过去由于体积过大，影响其推广。
通过对电机结构的改变和材料选择等方面进行的不断研究，最终成功将转矩密度提高到原有SRM所无法达到的45Nm/l。
具体情况，在电机结构上将定子与转子极数分别增加至18和12（见右下图），并在定子上增加了倾斜角，从而加大了转矩。
在材料选择方面，采用了6.5％的硅钢（牌号为10JNEX900），这特别能够提高低输出功率状态下的效率，从而更好地满足了汽车电机的效率要求。
在低功率输出状态下，SRM的效率比PMSM具有明显的优势。
现有HEV 和EV 等驱动电机产品中，使用稀土永磁材料的PMSM 电机最为常见。
目前9成的稀土材料从中国出口，估计今后随着需求量的增加，其价格将会上涨2～3倍。
无需使用稀土材料的SRM 的应用前景值得期待。
此项开发工作也是日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO ）推出新一代电动汽车项目中的一个研究课题。
SRM 电机结构与主要特性高超，北京中纺锐力机电有限公司董事长，国家有突出贡献的中青年专家，政府津贴获得者，博士生导师。
他是一位温文尔雅的电机专家，对新能源汽车及车用电机有着深刻的理解；他是一位专业和务实的企业家，在企业管理方面有着独到的理念。
开关磁阻电机
学习任务3 开关磁阻电机的控制
问题2：开关磁阻电机的控制方式有哪些？
2）电流斩波控制（CCC） （2）电流斩波控制具有以下特点 ①适用于低速和制动运行，电机在低速运行时，绕组中旋转电动势较小，电流上升速度大；在 制动运行时，旋转电动势的方向与绕组端电压的方向相同，电流上升的速率比低速运行时更大， 电流斩波方式可以有效地限制峰值电流，使电机获得恒转矩输出的机械特性。 ②电机输出转矩平稳，电流斩波时电流波形呈较宽的平顶状，因此电机树池的转矩也比较平稳， 合成转矩的脉动明显比其他控制方式小。 ③用作调速系统时，抗负载扰动的动态响应慢，在电流斩波控制中，由于电流峰值被限制，当 电机转速在负载扰动下出现突变时，电流峰值无法自适应，系统在负载扰动下的动态响应十分 缓慢。
学习任务4 开关磁阻电机的特点及应用
问题3：开关磁阻电机调速系统有哪些特点？
1) 调速性能好。 2) 调速系统结构简单、可靠，能够在恶劣条件下运行。 3) 在宽广的转速与功率范围内均具有较高的效率。 4) 电机的转矩脉动比较大。
尚有关于新能源汽车驱动电机的问题？
请继续学习《模块九 能量回馈制动控制系统》。
学习任务3 开关磁阻电机的控制
问题2：开关磁阻电机的控制方式有哪些？
1）角度控制（APC） （1）角度控制方式 角度控制方式是保持电压不变，通过对开通角和关断角进行控制来改变电流波形以及电流波形 与绕组电感波形的相对位置。
学习任务3 开关磁阻电机的控制
问题2：开关磁阻电机的控制方式有哪些？
1）角度控制（APC） （2）角度控制方式具有以下特点： ①转矩调节范围大，在角度控制下的电流占空比的变化范围几乎是0～100%。 ②同时导通相数可变，同时导通相数较多，则电机输出转矩越大，转矩脉动也就越小。因此当 电机的负载变化时，可以通过自动增加或减小同时导通的相数来平衡电机负载。 ③电机效率高，通过角度优化能使电机在不同的负载下保持较高的效率。 ④不适用于低速运行，在角度控制中电流峰值主要由旋转电动势限制。当转速降低时，由于旋 转电动势减小，容易使相电流峰值超过允许值，因此角度控制一般适用于较高的转速。
开关磁阻电机毕业设计
performance ;modeling and simulation; MATLAB ;Control strategy
II
目录
摘 要...................................................................................................................................................... I ABSTRACT......................................................................................................................................... II 目录 ..................................................................................................................................................... III 1 绪 论 ................................................................................................................................................. 1 1.1 开关磁阻电机的研究历史和发展方向................................................................................... 1 1.2 本课
浅谈新能源汽车常用的驱动电机类型及原理
5加速数控机床的全面升级改造对于小型轴类盘类等零件加工，在市场中多采用CA6140型车床，该车床可以控制主轴的正转和反转，进而实现切削速度的调整，并且该车床的刀架也可以进行横向纵向的综合性进给运动，从而能够实现多个方向的加工。
并且在换刀点能够自动改变不同的刀具，使得传统普通加工模式也较为快速。
该车床中有润滑泵和冷却泵，能够较好的控制加工的温度，防止产生热应力，同时润滑泵能够使车床各部件的工作更加顺畅。
通过控制主轴的启停和旋转状况，从而能够使刀架按照一定的速度进行移动。
上述这些特征均可以作为数控系统改造的基础，对于该车床的相关资料以及技术标准进行探究，进而制定出较为完善的改造方案。
5.1主传动系统改造普通机床改造过程中，对于原有的传动系统和变速系统可以给予保留，因为数控机床也需要这一套运动系统进行运转。
可以将该系统进行科学的结合，从而减少改造料，并且节约改造成本。
除此以外，对于主传动系统的改造应注重自动化程度的提升，能够在机床运动过程中实现自动控制切削的速度和切削的模式。
将该型号机床中的主轴电机进行替换，采用交流调速电机，从而实现无极变速功能，从而对自动化档位的控制提供较好的基础。
5.2数控系统设计数字控制系统应做到较高的信号控制时效性，并且对于数据处理的速度和相关指令的传递符合国家的标准。
由于自行开发数控系统难度较高，需要较多的人力物力进行长期系统的研制，可以直接采用市面上较为成熟的数控系统，比如型号为NIM-9702的数控系统。
5.3刀架的相关设计刀架必须有良好的结构，从而能够保障车床切削以及加工的性能，本研究中采用的刀床为卧室刀床，将刀架的方案替换成自动换刀方案，这样能够和自动化系统进行联动，采用的刀架为四工位螺旋转位刀架，因此能够满足车床自动化控制的需要。
6结束语数控机床不仅实现高精度且高效率的工作，在当今发展过程中，对于数控机床也赋予了新的任务，目前需要数控机床更加智能化开放化，并且结合信息时代进行网络化，从而使控制更加便捷，管理更加高效，生产过程变得更加绿色和环保，这些发展方向均为未来数控机床的发展提供了较为清晰的目标。
纯电动轿车用开关磁阻电驱系统的设计及应用
微 持电棚 ２ ０ １ ３ 年 第 ４ １ 卷 第 １ １ 期
纯 电 动轿 车 用 开 关 磁 阻 电驱 系统 的 设 计 及 应 用
郭晓颖 ， 刘德超 ， 马 志 国
（ 北 京 中纺 锐 力 机 电 有 限 公 司 ， 北京 １ ０ ｌ １ ０ ２ ）
郭 晓 颖， 等
纯 电 动轿 车
纯 电动轿 车 因其 自身 车型 、 工况 等特 点 ， 对 电机
驱 动系统 提 出 了一 些要 求 ， 主要 包括 ：
１电机 设 计
１ ． １电磁优 化设 计
（ １ ）电驱 系统 的功率密 度要 高 。纯 电动轿 车车
紧凑 ， 对 电 机 驱 动 系 统 的 尺 寸 要 求 比较 苛 刻 ， 另
（ ２ ）电驱 系统在 宽转 速 范 围内效 率要 高 。纯 电 动 轿车 一般 无变 速 箱 ， 而 是 采 用 一 级减 速 器 来 驱 动 车轮 ， 这就 要求 在 电机 的整 个 调 速 范 围 内 的效 率 都 要 比较 高 ， 否则会 影 响整 车 的续航 里程 。
Ｏ 引 言
随着 令 球 汽 车产 量 及保 有 量 的不 断增 长 ， 石 油 消耗 的激增 、 环 境 污染 日益 严 重 等 问 题 也越 来 越 明 显 。纯 电动汽 车 以其 无 污 染 、 零 排 放 等 显 著 特 点走 进汽 车Ｔ 业舞 台 ， 并将成 为 汽车 工业 的新 趋势 。
外， 电驱 系统 的 自蕈对 汽 车 的续 航 里程 也 有 一 定 影
响。
Ｓ Ｒ Ｍ 遵 循磁 通 总 是 沿 着 磁 阻 最 小 路 径 闭 合 的 磁 阻最 小 原理 ， 采用 凸极 定 子 和 凸 极 转 子 的 双 凸极 结构 ， 由磁 场扭 曲产 生切 向拉 力 ， 运行 时磁路 非 线件 严重 。 因此 Ｓ Ｒ Ｍ 设计 方法 复杂 ， 设计 难 度 大 。本 文 通过 前期 分析计 算 ， 初 步确定 转 子铁 心长 度 、 定 转 子 外径 、 定转 子 问气 隙等 主要参 数 ， 再通 过 有 限元 分 析 软件 仿真 设计 ， 优化 上 述 主要 参 数 ， 且 进 一步设 计 极弧 极宽 、 轭 高等 参数 。 纯 电动轿 车 对 Ｓ Ｒ Ｍ效 率要 求 高 ， 所 以尽 量 降 低 Ｓ Ｒ Ｍ 的损 耗 ， 主要包 括 铜 耗 、 铁耗 、 机 械损 耗 和 杂 散
开关磁阻电机在电动汽车上的应用-PPT文档资料
Current and voltage in continuous mode
Maximum average output P versus speed n for 6/4 design.
2019/3/16
2019/3/16
2019/3/16
Conclusion about how to improve torque density The Laminated Silicon Steel： super core 10JNEX900
开关磁阻电 动机
2019/3/16
高效率，结构可靠，可实现串励特性（重载及爬 坡），对稀有资源依赖性低，可保证大量车辆上 使用
当前的电动汽车或者混合动力汽车使用较多的 是PMSM。如日本丰田的混合动力系列Prius， 比亚迪的E6电动汽车。
1）电机能耗偏高，由于电池容量有限，使续驶里程受到影响， 一般充电一次约行驶≤50km。
THE DESIGN OF A SRM MACHINE
C. The relationship of Torque and poles
18/12，Target Torque 400Nm 35A300 Max torque：440Nm 10JNEX900 Max torque：370Nm，
2019/3/16
天津清源
比亚迪
万向电动车
海马
吉利
北理工
3
东风
中通
中大青山
安凯
奥运会试运行
奥林匹克 公园区
奥运村区
中心赛区 区 奥体赛区
4
充电站
比亚迪E6
2019/3/16
1
电动汽车发展现状与前景 Click to add Title
混合动力汽车驱动系统的设计与开发
毕 业 设 计 (论文)
学生姓名： 学 号：
孙前 1208120116 机械与动力工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学院 车辆工程
所在学院： 专 业：
设计题目： 混合动力汽车驱动系统的设计与开发 指导教师： 孙 后 环
2016 年 6 月
I
南京工业大学本科毕业论文
混合动力汽车驱动系统的设计与开发 摘要
本课题是基于混合动力汽车研究的一个项目， 论文首先根据当今混合动力汽 车的驱动要求结合市场等元素分析了混合动力汽车最为合理的动力偶合方式， 通 过行星轮分离了发动机的转矩，这种方式不仅可以驱动电机还可以给蓄电池充 电。再对混连中的各种电机进行对比，选择了具有较大的调速范围，在最大转矩 下拥有良好的功率特性的永磁同步电机并对其他的硬件进行了选择。 其次本论文 对驱动系统整体的电路进行了设计，包括主电路，控制电路，保护电路并绘制了 混合驱动整体的电气原理图。 同时， 为了使驱动系统中各个结点之间能够实现数 据通信，本论文借鉴了 SAEJ1939 协议，制定了整个驱动系统 CAN 网应用层协 议， 并简单介绍了 CAN 总线的上电过程。 最后本文进行了整车驱动部分的控制软 件的设计工作，设计了轮速监测节点、加速度节点、电流电压监测节点及各个节 点的控制程序。 关键词：混合动力；驱动系统；CAN 总线；控制
Key words:Hybrid;driving system;CAN Bus;control
III
南京工业大学本科毕业论文
目录
摘要........................................................................................................................
【新能源汽车驱动电机研究6500字(论文)】
新能源汽车驱动电机研究绪论当今社会环境污染、能源枯竭形势日夜严峻，新能源汽车已经成为了当前汽车行业发展的一个大趋势。
要做好新能源汽车的核心之一在于电机驱动技术，本文主要的分析对象是新能源汽车的电动机技术。
本篇文章分为三个章节，第一章主要对新能源汽车驱动电机系统的组成、运行模式、主要参数、与工业电机相比较进行了简单的概括。
第二章主要对直流电机、轮毂电机、永磁电动机和开关磁阻电机结构和形势进行了比较全面的介绍，并分析这种电机的优点和缺点，以及在新能源汽车上的应用。
第一章新能源汽车驱动电机1.1概述1.1.1 驱动电机定义驱动电机是一种专门用于驱动新能源汽车行动的电机，是新能源汽车的心脏。
1.1.2 新能源汽车驱动电机的运行模式驱动电机有两种运行模式，一种电动模式，一种是发电模式。
（1）电动模式当车处于电动模式时，电机会将蓄电池输送过来的电能转化为机械能，使汽车行动起来。
（2）发电模式在车辆下坡或者减速刹车时，车辆带动电机，电机输出电流，电流经过逆变器后输出直流电给蓄电池充电1.1.2 新能源汽车驱动电机和工业电机的区别作为新能源汽车来讲，它的驱动电机和工业上的电机有很大的不同。
一般的工业电机有额定的工作点，但是汽车的驱动电机，却会经常加速、减速、倒车、停车。
在爬坡和低速状态时，需要较高的扭矩。
高速时要小转矩。
驱动电机在新能源汽车上必须具有：较高的可控性、很高的精度、优异的性能；而工业上所使用的电机只须要达到特定的要求就可以了第二章驱动电机的类型2.1 驱动电机的分类2.2直流电动机2.2.1 直流电动机的工作原理和基本构造对于直流电机，它构成的元器件有：定子、转子、换向器、电刷、电枢和励磁两种电路。
定子这种励磁电路是使用励磁缠绕产生的磁场，转子这种电路是用来安装电枢绕组的，因为电流是双向的，所以要用转换器来实现切换。
直流电动机的工作原理，一个简单的单匝电枢线圈组成电枢电路，电枢线圈通过一个换向器和一对电刷与直流电相连接。
开关磁阻电机调速系统设计
5. 在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率。 6. 起动转矩大，适用于危险环境，控制灵活。 就目前的发展水平而言，SR 电动机存在的主要缺点是： 1. 采用的磁阻式电动机，其能量转换密度低于电磁式电动机。 2. 转矩脉动大，以及其导致的噪声及特定频率下的谐振问题也较为突出。 3. 相数较多，主接线数较多。 4. 需要根据定、转子的相对位置投励。 5. 不能像笼型异步电动机那样直接接入电网作稳速运行，而必须与控制器一同使用。
开关磁阻电机调速系统设计
摘 要
开关磁阻电动机——通过电子电路轮流接通和断开各相绕组使电机旋转得磁阻式电动机。 装有转子位置传感器，以类似于无刷直流电动机的方法进行控制，可以调速，因绕组为单相通 电，其电子电路简单可靠。 （见 1999 年版《辞海》 ） 。是传统的磁阻电动机和当今电力电子技术 相结合的产物。 本设计主要阐述了当前应用比较广的一种调速系统， 简述了开关磁阻电动及调速系统的发 展论述了功率变换器的设计， 速度调节器的设计， 速度检测法在调速系统中的应用以及脉宽调 速系统的设计。 从而完成了一整套开关磁阻电动机调速系统的设计。 本设计主要以模拟电路为 主，并应用了目前最新的电力电子器件智能功率模块（IPM）替代原有的 IGBT。本设计应用 单闭环调速系统，速度环节增加了速度显示，能清楚的知道每个时刻电动机的转速情况。是一 种非常实用的开关磁阻电动机调速系统。
第四节 SRD 基本结构与原理
SRD 的基本结构如图（1.2）所示：
图 1.2 SRD 基本构成
SR 电动机是 SRD 中实现机电能量转换的部件，也是 SRD 有别与其它电动机驱动系统的主 要标志。 功率变换器向 SR 电动机提供运转所需的能量，由蓄电池或交流电整流后得到的直流电供 电。由于 SR 电动机绕组电流是单向的，使得其功率变换器主电路不仅简单，而且具有普通交 流及无刷直流驱动系统所没有的优点， 即相绕组与主电路的主开关器件是串联的， 因而可预防 短路故障。SR 电动机的功率变换器主电路的结构型式与共电电压、电动机相数及主开关器件 的种类有关。 控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的 反馈信息，控制功率变换器中主开关的工作状态，实现对 SR 电动机运行状态的控制。通过分 析知道，控制信号加到 SR 电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置，既可 控制 SR 电动机转矩的大小和方向。
基于磁路分析发的20kW电动汽车用开关磁阻电机设计
基于磁路分析的SRM设计方法开关磁阻电机工作时遵循磁阻最小原理，在外部激励的作用下产生磁阻转矩驱动转子旋转，使电机的工作磁路趋向于磁阻最小位置。
因此，可通过磁路分析的方法，获得电机主要结构参数与外部激励间的电磁关系，从而对电机结构参数进行合理选取和设计。
由于SRM的磁路结构随转子位置的变化而变化，故合理选取电机的等效计算磁路对计算过程的复杂性和设计结果的准确度具有重要意义，本例将选用SRM定转子位于对齐位置时的等效计算磁路进行磁路分析和电机本体设计。
3.2.3.1 磁路分析法磁路分析方法是基于开关磁阻电机定转子位于对齐位置时的磁路结构、磁动势方程和磁通密度分布规律对SRM的主要结构参数进行设计的方法。
由于定转子位于对齐位置时，定子磁极高度饱和，且激励相的绕组电流近似为峰值电流，故可根据SRM的设计指标要求和框架尺寸约束，并基于电机的定子极饱和磁密B s对SRM的主要结构参数进行设计。
此外，根据SRM的磁路结构并结合磁动势方程，可实现SRM的定子绕组设计。
本例所选取的三相12/8极SRM的磁路结构如图4所示，此时SRM的定、转子磁极位于对齐位置。
图4 三相12/8极SRM磁路结构（对齐位置）所设计的三相12/8极SRM的工作磁路经由定子极、定子轭、转子极、转子轭和气隙组成闭合回路。
故在磁路计算过程中，需分别对上述五类电机结构的磁通密度和磁场强度进行计算。
由于SRM在定转子对齐位置处的磁路结构较为简单，且定子磁极处于高饱和状态，相电流近似为峰值电流，故选取对齐位置的工作磁路进行磁路分析和计算。
在磁路计算中，铁芯材料的磁通密度和磁场强度的对应关系取决于所选材料的直流磁化曲线，本例选用硅钢片DW310-35作为定转子铁芯叠压材料，其直流磁化曲线如图5所示。
20004000600080001000012000140000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0磁通密度 (T )磁场强度 (A/m)图5 硅钢片DW310-35的直流磁化曲线3.2.3.2 基于磁路分析的SRM 设计流程磁路分析法基于定转子对齐位置处的磁通、磁密分布规律和电机设计经验公式，在电机框架尺寸的约束下，实现SRM 的主要结构参数设计；基于电机磁路的磁动势方程，实现对相电流和绕组匝数的初步设计。
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４．２．４开通时间ｔ。的计算 首先确定开关电源功率开关器件的工作频率。
若工作频率小于２０ ｋＨｚ进入音频范围则噪声较 大，纹波增大。若开关频率较高时，开关损耗增大， 系统效率降低。因此确定工作频率时要折衷考虑， 实际选择工作频率为３０ ｋＨｚ。开关周期为：
ｃ．尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作 效率。
ｄ．足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电 路与栅极驱动电路隔离。
《机械与电子｝２００９（７）
万方数据
ｅ．具有灵敏的过流保护能力。 功率变换器所采用ＩＧＢＴ型号为 ＢＳＭ２００ＧＢｌ２０ＤＬＣ，基于上述要求及产品特性，本 系统ＩＧＢＴ驱动电路的参数做如下选择：
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＧＢＴ；ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ； Ｍ５７９６２Ｌ，ｓｉｔｃｈｅｄ ｐｏｗｅｒ
Ｏ 引言
电动汽车一般以铅酸电池或锂电池为动力源， 受电池容量的影响，要提高电动车续航里程就必须 采用高效节能的电机调速系统。开关磁阻电机是近 年来发展较快的一种新型调速电机，其节能效果好、 调整范围宽、坚固耐用，已应用于电动汽车。
摘要：设计了一种电动汽车用开关磁阻电机的 驱动系统，论述了基于Ｍ５７９６２Ｌ的ＩＧＢＴ驱动电路 和电动汽车控制系统用开关电源的设计。实验结果 表明，所设计的ＩＧＢＴ驱动电路驱动信号波形理想， 可快速有效地开通关断ＩＧＢＴ；系统供电电源输出 电压纹波小，工作稳定。
关键词：ＩＧＢＴ；开关磁阻电机；Ｍ５７９６２Ｌ；开关 电源
１３、１４脚；由开关电源输出２４ ＶＤＣ给驱动系统供 电，经１５ Ｖ稳压二极管Ｄ１和Ｒ－给电解电容Ｃ１分 压１５ Ｖ，ｃ２分压９ Ｖ。当Ｍ５７９６２Ｌ内开关管Ｔ１导 通、Ｔ２关断时（如图３所示），Ｃ１通过Ｔ１、Ｒ２给ＩＧ— ＢＴ的的Ｇ、Ｅ间加１５ Ｖ电压；当Ｔ１关断、Ｔ２导
通，ｃ２通过Ｔ２、Ｒ：、Ｄ８给ＩＧＢＴ的Ｇ、Ｅ问加一９ Ｖ
中图分类号：ＴＮ７０２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｉ００１—２２５７（２００９）０７—００３０一０４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ＩＧＢＴ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍ５７９６２Ｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃ— ｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｅｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒ— ｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ＩＧＢＴ ｃａｎ ｂｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｐｏｗｅｒ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｓｔａ— ｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌＯＷ ｒｉｐｐｌｅ．
实际中取为９０ Ｗ。 ４．２．２磁芯的选择
对于２０～１５０ Ｗ的小功率开关电源，可采用 Ｅ１３３型磁芯，磁芯有效截面积Ａ。一１１８ ｍｍ２，窗口 面积为Ａ。＝１３４ ｍｒｆｌ２。１００＂Ｃ时饱和磁通密度为 Ｂｓ＝３９０ ｍＴ。使用时为防止出现磁饱和，磁通密度 变化率ＡＢ取饱和磁通密度Ｂ。的６５％左右，即有：
门极正偏电压＋Ｋｅ的推荐值为＋１５ Ｖ，变动
范围为１０％，本设计中取为＋１６ Ｖ，主要考虑开关 磁阻电机不对称半桥功率主电路不存在ＩＧＢＴ贯穿 短路现象，同时可以减小导通损耗和开关损耗，并保 证导通可靠性；门极反偏电压的推荐值在一１５～一５ Ｖ之间，电源变动应在１０％的范围内，为可靠关断， 这里负偏压选择为一９ Ｖ；Ｒ。为模块内部的门极电 阻。对于本设计中所使用的ＢＳＭ２００ＧＢｌ２０ＤＬＣ， 尺。为２．５ Ｑ，Ｒ。产品推荐４．７ Ｑ；在不对称半桥拓 扑结构中，开关磁阻电机的各相绕组都是串联在单 个桥臂上的。如图１所示每个桥臂的上下两个管子 不存在上下贯穿短路的现象，所以上下两管的驱动 信号之间不需要设置死区时间。
ＶＭＯＳ管选用耐压１ １００ Ｖ、电流６ Ａ的场效 应管６Ｎ１１０。为了保证开关元件在快速开关过程中 不产生过大的漏感尖峰电压，采用Ｃ８，Ｒ∽Ｄ１组成 的ＲＣＤ缓冲电路来抑制。缓冲电路二极管Ｕ选 用超快速恢复二极管ＢＹＶ２６。Ｒ８，Ｒ。和稳压管 Ｄｌｌ用来限制栅极电压和电流，进而限制ＶＭＯＳ管 开关速度，有利于改善电磁兼容性。
＋１５ Ｖ电源和一１５ Ｖ电源是控制电路电源， 精度要求较高，但因为共用同一个变压器很难通过 ＰＷＭ实现反馈控制来稳压。为获得高品质的控制 电源，应用线性稳压芯片７８１５和７９１５如图４所示 构成了复合式开关稳压电源。为防止输出在轻载或 空载时的电压升高，在５ Ｖ整流输出端并联一只 １００ Ｑ的负载电阻。 ４．２变压器设计
７．５ ｋＱ电阻Ｒ。ｚ，Ｒ。。和２ ｋＱ电位器ＲＰｌ分压，获 得输出电压信号。此信号经可调稳压管ＴＬ４３１产 生偏差信号，再经光电隔离加到ＵＣ３８４２的误差放
大器和基准电压比较形成电压外环。原边电流检测
· ３】 ‘
万方数据
电阻为Ｒ。。。经Ｒ。，，Ｃ４滤波作为电流反馈输入３８４２ 的３脚和电压误差放大器的输出作比较从而控制 ＶＭＯＳ管的开通与截止。原边电流检测控制方式 保证了很好的负载调整率和响应时间；通过调整电 压反馈参数，使ＴＰ５２１和ＴＬ４３１工作在线性工作 区，就可以实现很好的电压调整率，电压波动范围很 容易控制在５％的范围，符合ＩＧＢＴ驱动要求。
Ｔ＝÷２赤一３３．３３弘ｓ
原边绕组开关管的最大导通时间对应在最低输 入电压和最大负载时发生。也就是在最大占空比时 的开通时间，计算如下：
￡～。一Ｄｍ。Ｔ＝０．５×３３．３３—１６．６７ Ｆｓ
４．２．５原边匝数计算 因为作用电压是一个方波，一个导通期间的伏
胪Ｎ，＝撬誉黼＝８６匝 秒值与原边匝数Ｎ。的关系为：
５ Ｖ电源电流取为０．５ Ａ；士１５ Ｖ电源电流取 １ Ａ；＋２４ Ｖ用于ＩＧＢＴ驱动模块Ｍ５７９６２Ｌ供电， 其功率为５ Ｗ，６路共为３０ Ｗ；反馈供电＋５ Ｖ电源 电流取为０．５ Ａ，则总功率为７０ Ｗ，设开关电源效 率为８０％，则变压器传输的功率为：
Ｄ
Ｐｏ＝｝‰一８７．５ Ｗ Ｕ－ＯＶ
· ３２·
３ ＩＧＢＴ驱动电路的设计
考虑到驱动的可靠性和系统向更大功率等级扩
展，设计了基于Ｍ５７９６２Ｌ的高速ＩＧＢＴ驱动电
路［２］，如图２所示。
置砷黜牛Ｇ 彗嘉听量 Ｄ１ １５ Ｖ ■
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：叫甲ｃＩ ６Ｒ。 焉－－－．Ｔ６－－－Ｈ－－－一１１墨－４』５卜］１－－－－－常－＋－－ｃ２－－
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图２基于Ｍ５７９６２Ｌ的ＩＧＢＴ驱动电路 控制系统输出的驱动信号经Ｒ，。、Ｒ，。输入至
２ ＩＧＢＴ驱动电路的要求
驱动电路［１３的作用是将控制系统中单片机输出 的脉冲进行功率放大，以驱动ＩＧＢＴ保证其可靠工 作，因此驱动电路在整个系统中起着至关重要的作 用。对ＩＧＢＴ驱动电路的基本要求如下：
ａ．提供适当的正向和反向输出电压，使ＩＧＢＴ 可靠的开通和关断。
ｂ．提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使ＩＧ— ＢＴ能迅速建立栅控电场而导通。
４ 驱动用开关稳压电源设计
４．１ 开关电源基本电路 由于本设计中电动汽车的动力源是铅酸电池，
因此其整车控制系统和电机驱动系统所需电源只能
由电池组电压经ＤＣ／ＤＣ变换得来，开关电源的输
出包括４路＋２４ Ｖ（变换器上管各用１路，下３管共
用１路），共地的＋１５ Ｖ，一１５ Ｖ，＋５ Ｖ，具体电路
如图４所示。
Ｆｕｓｅ
ＤＩＯ
凡
Ｒ。Ｗｌ
．１－１５Ｖ
三簖 Ｄｌ ％ 一斟惦百Ｈ却娟 畸一上；屿崦忑甲趣俨
－１５ Ｖ
—旦‰—ｒ＋２４ ｖ
｛ｗ６ ｃｌ。半
．旦Ｚ斟．＋２４ Ｖ
｛ｗ７ Ｑ半
．—望轧，懈ｖ
ｊ啪ｃｌ。生
．旦‰一ｌ＋２４ Ｖ
｛ｗ９ ｑ生
９图４开关电源电路
电路拓扑采用单端反激电路［４］，ＰＷＭ控制芯 片为专用芯片ＵＣ３８４２。控制方式为输出电压外 环，原边电流内环的双闭环ＰＩ控制。５ Ｖ输出经
式中Ｕ——原边所加直流电压 ‰——导通时间 Ａ。——磁芯有效面积，ｍｍ２
反激变换器中的变压器兼有储能、隔离和限流 的作用。电动汽车动力系统采用２０块１２ Ｖ，８０ Ａｈ 的铅酸蓄电池，则开关电源原边输入额定工作电压 为２４０ Ｖ，单体铅酸蓄电池安全工作电压范围为 １０．５～１６．２ Ｖ，蓄电池组的安全工作电压范围为 １８９～２９１．２ Ｖ。实际使用过程中蓄电池的工作不 存在过电压现象，所以对开关电源变压器设计过程 中暂不考虑电源过压问题，只是对最低工作电压进 行限制。在本文设计的驱动系统中，开关电源的最 低工作电压设置为１５０ Ｖ，欠压保护值设为１９５ Ｖ。 开关电源的输出包括４路＋２４ Ｖ，共地的＋１５，一 １５ Ｖ，＋５ Ｖ，给ＵＣ３８４２供电的＋１５ Ｖ。 ４．２．１ 系统的输出功率估算［５］
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ ＷＡＮＧ Ｊｉｅ—ｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙａｈ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期；２００９—０２—０２ 基金项目；北京交通大学重大科技基金资助项目（２００５ＳＺ００８）
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１ 开关磁阻电机功率变换器
鉴于电动汽车上电池能量珍贵的特点，开关磁 阻电机调速系统的功率变换器采用不对称半桥结 构，功率器件为ＩＧＢＴ。拓扑图如图１所示。