4新能源汽车驱动电机及控制系统 PPT
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（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。
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
（2）各种驱动电机的基本性能比较
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
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。
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。
（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。
（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 。
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。
1.直流电动机件下, 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。
4-4直流发电机工作原理示意图
原动机拖动转子电枢按逆时针旋转， 如图4-4所导体ab 段在N极下，cd段在S极上。如导体所处磁通密度为B，长度 为l，其线速度为v，则根据法拉第电磁感应定律，导体感应 电动势瞬时值e =B l v。电动势方向按右手定则如图4-4 箭头 所示：N极下ab段为b→a、S极上cd段为d→c。线圈abcd电动 势为ab(或cd)的2倍，并使电刷极性方向A为正、B为负。
转子转过180º导体ab段与cd段对换，使cd段在N极下，ab 段在S极上。电流经电刷A由d端流入线圈内，方向为d→c、 b→a，仍如图4-3箭头所示。根据左手定则判定导体ab和cd受 力产生的转矩仍为逆时针方向。即虽导体内电流方向改变， 但受力转矩方向不变，使转子连续旋转。
（2）直流发电机的工作原理
4新能源汽车驱动电机及控制系统
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.
(5)小型化、轻量化 直流电动机的转子部分含有较大比例的铜, 如电枢绕
组和换向器铜片, 所以与其他类型的电动机相比, 直流电 动机的小型化和轻量化更难以实现。 目前可以通过采用 高磁导率、 低损耗的电磁钢板减少磁性负荷, 虽然增加了 成本, 但可以实现轻量化 。
(6)免维护性 对于电刷, 根据负荷情况和运行速度等使用条件的不
同, 更换时间和维修的次数也是不的。相应的解决方法是: 采用不损伤换向器的电刷材质,并且将检査端口设计的较 大,以延长电刷使用寿命和便于维修、 更换 。
3.直流电机的基本原理 （1）直流电动机的工作原理
导体ab段正处于N极下，cd段在S极上。电流正极从电刷A 流入线圈，方向为 a→b、c→d，再经电刷B返回电源负极。如 导体所处磁通密度为B，导体有效长度为l，电流为i，按电磁 力定律此时导体所受电磁力F =B l i。其方向由左手定则判定， 即导体ab和cd受力产生的转矩均使电机转子按逆时针转动。
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。
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
（2）各种驱动电机的基本性能比较
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
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。
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。
（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。
（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 。
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。
1.直流电动机件下, 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。
4-4直流发电机工作原理示意图
原动机拖动转子电枢按逆时针旋转， 如图4-4所导体ab 段在N极下，cd段在S极上。如导体所处磁通密度为B，长度 为l，其线速度为v，则根据法拉第电磁感应定律，导体感应 电动势瞬时值e =B l v。电动势方向按右手定则如图4-4 箭头 所示：N极下ab段为b→a、S极上cd段为d→c。线圈abcd电动 势为ab(或cd)的2倍，并使电刷极性方向A为正、B为负。
转子转过180º导体ab段与cd段对换，使cd段在N极下，ab 段在S极上。电流经电刷A由d端流入线圈内，方向为d→c、 b→a，仍如图4-3箭头所示。根据左手定则判定导体ab和cd受 力产生的转矩仍为逆时针方向。即虽导体内电流方向改变， 但受力转矩方向不变，使转子连续旋转。
（2）直流发电机的工作原理
4新能源汽车驱动电机及控制系统
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.
(5)小型化、轻量化 直流电动机的转子部分含有较大比例的铜, 如电枢绕
组和换向器铜片, 所以与其他类型的电动机相比, 直流电 动机的小型化和轻量化更难以实现。 目前可以通过采用 高磁导率、 低损耗的电磁钢板减少磁性负荷, 虽然增加了 成本, 但可以实现轻量化 。
(6)免维护性 对于电刷, 根据负荷情况和运行速度等使用条件的不
同, 更换时间和维修的次数也是不的。相应的解决方法是: 采用不损伤换向器的电刷材质,并且将检査端口设计的较 大,以延长电刷使用寿命和便于维修、 更换 。
3.直流电机的基本原理 （1）直流电动机的工作原理
导体ab段正处于N极下，cd段在S极上。电流正极从电刷A 流入线圈，方向为 a→b、c→d，再经电刷B返回电源负极。如 导体所处磁通密度为B，导体有效长度为l，电流为i，按电磁 力定律此时导体所受电磁力F =B l i。其方向由左手定则判定， 即导体ab和cd受力产生的转矩均使电机转子按逆时针转动。