电动汽车驱动电机匹配设计
目录
1 概述 (1)
2 世界电动汽车发展史 (2)
3 电驱动系统的基本要求 (5)
3.1电驱动系统结构 (5)
3.2电机的基本性能要求 (6)
4 电动汽车基本参数参数确定 (7)
4.1电动汽车基本参数要求 (7)
4.2 动力性指标 (7)
5 电机参数设计 (7)
5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7)
5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8)
5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9)
5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9)
5.5 电机额定转速和转速的选择 (9)
6 传动系最大传动比的设计 (10)
7 电机的种类与性能分析 (11)
7.1 直流电动机 (11)
7.2交流三相感应电动机 (11)
7.3 永磁无刷直流电动机 (11)
7.4 开关磁阻电动机 (12)
8 电机的选择 (13)
9 电机其他选择与设计 (15)
9.1 电机形状位置设计 (15)
9.2 电机冷却设计 (15)
10 总结与展望 (17)
10.1 总结 (17)
10.2 问题与展望 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
1.概述
汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时，又展现出了其双刃剑的另一面，它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中，能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源，而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。
电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池组为车载能量源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同，一般将电动汽车划分为纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）4种基本类型。
自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始，电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段，其中的决定因素就是动力电池技术和人们
对环境、能源的关注程度，但电动汽车自身具有的显著优点：可以实现低排放，甚至零排放行驶；采用电能作为驱动电源，能源来源途径广；行驶噪声小；容易实现Drive-by-wire(线控)思想；实现了制动能量回收，降低了摩擦制动器的使用强度和维修费用等决定了其必将成为新能源汽车技术发展的一个重要方向和21世纪的重要交通工具。
汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏，直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。电驱动系统是电动汽车的心脏，是电动汽车的唯一动力来源。电机的性能直接影响到整车的最高车速、加速性能及爬坡性能等。因此在新车开发阶段，必须进行驱动电机性能匹配，以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求 。
2.世界电动汽车发展史
(1)19世纪30年代到20世纪——电动车的崛起
电动汽车的历史并不比内燃机汽车短，它也是最古老的汽车之一，甚至比奥托循环发动机(柴油机)和奔驰发动机(汽油机)还要早。苏格兰商人罗伯特-安德森在1832年到1839年之间(准确时间不明)研发出电动车。
图 1
1835年，荷兰教授Si brandus Stratingh设计了一款小型电动车，他的助手克里斯托弗-贝克则负责制造。但更具实用价值，更成功的电动车由美国人托马斯-达文波特和苏格兰人罗伯特-戴维森在1842年研制，他们首次使用了不
可充电电池。
Gaston Plante于1865年在法国研发出性能更好的蓄电池，其同乡卡米尔-福尔又在1881年对电池进行了改进，提高了电池容量，为电动车的发展铺平了道路。奥地利发明家Franz Kravogl在1867年的巴黎世界博览会推出了一款双轮驱动电动车。法国和英国成为第一批支持发展电动汽车发展的国家。1881年11月，法国发明家Gustave Trouve在巴黎举行的国际电力博览会上演示了三轮电动车，托马斯-帕克表示电动车可在1884年实现量产。
图 2
在内燃机汽车兴盛之前，电动车就创造了许多速度和行驶距离的记录。例如，Camille Jenatzy在1899年4月29日用自行研发的电动车突破了100 km/h，创造了105.88 km/h的极速。1891年，A. L. Ryker研发出电动三轮车，WilliamMorrison制造了六座电动厢式客车，电动车开始得到美国人的重视。19世纪90年代到20世纪初期，电动车技术得到了高速发展，相对于内燃机汽车的优势逐渐形成。
1897年，美国费城电车公司研制的纽约电动出租车实现了电动车的商用化。20世纪初，安东尼电气、贝克、底特律电气 (安德森电动车公司)、爱迪生、Studebaker和其它公司相继推出电动汽车，电动车的销量全面超越汽油动力汽车。电动车也逐渐成为上流社会喜好的城市用车，电动车清洁、安静，并且易于操控的特点，非常适合女性驾驶。由于当时没有晶体管技术，因此电动车的性能也受到限制，这些早期的电动车极速大约只有32 km/h。
图 3
在19世纪末20世纪初迎来经济繁荣的美国，人们的收入快速增长，汽车开始流行起来。1899年和1900年，电动车销量远远超过其它动力的汽车。电动汽车相比同时代的其它动力汽车具有非常明显的优势，它们没有震动，没有难闻的废气，也没有汽油机巨大的噪音。汽油机汽车需要换挡，令其操控起来比较繁杂，而电动车不需要切换挡位。虽然蒸汽机汽车也不需要换挡，但却需要长达45分钟的漫长的预热时间。并且蒸汽机汽车加一次水的续航里程，相比电动车单次充电的续航里程更短。由于当时只有城市中才拥有良好路面，大部分时候汽车都只能在本地使用，因此电动车续航里程短的问题并没有成为阻碍其发展的原因。
相对于汽油发动机汽车，电动车不需要人力起动和频繁的换挡，成为大部分人的选择。当时的基本型电动车售价在1000美元以下，但也发展出电动豪华车，它们的外形被设计得非常华贵，拥有宽敞的座舱，座舱内则用上价格不菲的高级材料。在1910年时，这类电动豪华车的均价达到了3000美元。
图 4
电动车最初因为缺乏充电配套设施而阻碍了发展，但是随着电网的高速发展，到了1912年，很多美国家庭都已经通电，从而能够在家中完成充电。在世纪之交，有40%的美国汽车采用蒸汽机，38%的汽车采用电力驱动，22%的汽车使
用汽油动力。美国的电动车保有量达到33842辆，电动车在19世纪20年代大获成功，销量在1912年达到了顶峰。
(2)20世纪20年代到80年代——汽柴油机成为主流
电动车在20世纪初迎来成功之后，很快又失去了成长的势头。从20世纪20年代开始，电动汽车逐渐被内燃机汽车替代，究其原因主要有四点。第一，美国在城市间建立起良好的公路网络，需要汽车拥有更长的续航里程；第二，德克萨斯、俄克拉荷马和加利福尼亚等大油田的发现，降低了汽油价格，令普通消费者也能负担燃油费用；第三，Charles Kettering在1912年发明的电力起动系统使得汽油机不再需要人力起动；第四，Hiram Percy Maxim在1897发明的消声器，大幅降低了内燃机的噪音。而当时的电动车速度低，续航里程短，而内燃机汽车的速度更快，续航里程更长，并且价格便宜许多。
图 5
伟大的亨利-福特开始在美国大批量生产内燃机汽车，并且售价平易近人，例如1915年时福特汽车的售价低至440美元(相当于今天的9200美元)。与此相反，效率较低的电动车却价格昂贵，一款1912年的电动双座敞篷车售价1750美元(相当于今天的3.9万美元)。19世纪20年代，电动车销量迅速下滑，电动汽车在10年后彻底消失 。
3.电驱动系统的基本要求
3.1电驱动系统结构
通常电驱动系统从功能角度可分为电气和机械两大部分，由于驱动电机低速大扭矩的特性，其中机械传动部分的结构是可选的。电气部分包括电机和电功
电驱动系统 电气系统 机械系统 机械变速
机构 电机 驱动器 控制器 传动机构 率控制转化部分。系统原理简示如下图 ：
图 6 电驱动系统结构简图
3.2电机的基本性能要求
电动汽车的电机驱动系统把电能转化为机械能，并通过传动装置（或直接）将能量传递到车轮进而驱动车辆按照驾驶人意志行驶，是电动汽车的关键系统之
一。它在电动汽车上的具体任务是：在驾驶人操纵控制下，将内燃机-发电机系统、动力电池组的电能转化为车轮的动能驱动车辆，并在车辆制动时把车辆的动能再生为电能电能反馈到动力电池中以实现车辆的再生制动。
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。
对电机基本性能指标有以下要求：
1）高电压。在允许的范围内采用高电压可以减小电机尺寸，较小损耗。
2）高转速。高转速电机体积更小、质量轻，可降低整车整备质量。
3）质量轻。轻量化设计可以降低整备质量，节省宝贵的能量。
4）较大的启动转矩和较大的调速范围。这样匹配的电动车具有较好的启动性能、加速性能，并可以提高驾驶舒适性，减低驾驶员操作强度，达到与传统驾
驶习惯的适应。
5）效率高、损耗小，能实现制动能量回收。在车载能源系统不变的情况下，最大限度的增加续航里程，突出能源利用优势。
6）良好的安全性。必须具备高压绝缘、保护设备。
7）可靠性好，适应汽车运行的各种恶劣环境。
8）结构简单、维修方便，维护成本低[4]。
4.电动汽车基本参数参数确定
4.1 该电动汽车基本参数要求，如下表：
4.2 动力性指标如下：
（1）最大车速max 100a u km ≥；
（2）在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%（3度）；
（3）在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12% （6.8度）；
（4）原地起步至100km/h 的加速时间35t s ≤；
（5）最大爬坡度max 28%i ≥（16度）；
（5）0到75km/h 加速时间25t s ≤；
（6）具备2~3倍过载能力[5]。
5.电机参数设计
一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区，即电动机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区(1～5min),即电动机的峰值功率。
5.1 以最高车速确定电机额定功率
根据虽高车速计算电机功率时，不考虑加速阻力和坡道阻力，电机功率N P 应满足：
2max
max 360021.15a D a N T u C A u P m g f η????=???+ ??? （1）
20(1/19400)a f f u =+ （2）
式中：N P ——电机输出功率，kw ；
T η——传动系效率，取0.9；
m ——最大车重，取1400kg;
0f ——滚动摩擦系数，取0.014；
D C ——风阻系数，取0.33；
A ——迎风面积，取2.50㎡；
max a u ——最高车速，取100km/h 。
根据（1）（2）式，可以计算出满足最高车速时，电机输出额定功率为21.023kw [6]。
5.2 根据要求车速的爬坡度计算
()
sin 3600a f w N T u F F G P αη?++=（3）
根据公式（4），其中在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%可得：
()20.014160/1940014009.8cos 3227.4
f F =?+???=（N ）
2
0.33 2.560140.421.15w F ??==（N ）
()140.4277.414009.80.0526020.9536000.9N P ++???==?（kw ）
根据公式（4），其中在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12%可得：
()20.014140/1940014009.8cos 12203.38
f F =?+???=（N ） 2
0.33 2.54062.4121.15w F ??==（N ）
()62.41203.3814009.80.1184023.30736000.9N P ++???==?（kw ）
根据（4）式，可以计算出满足车速为60km/h 时，爬坡度为5%，电机输出额定功率为20.95kw ，满足车速为40km/h 时，爬坡度为12%，电机输出额定功率为23.307kw [7]。
5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率
根据公式（4），其中在车速a u =20km/h 时爬坡度i ≥28%（16度）可得： ()20.014120/1940014009.8cos 16188.395
f F =?+???=（N ） 2
0.33 2.52015.60221.15w F ??==（N ）
()188.39515.60214009.80.2762024.63436000.9N P ++???==?（kw ）
根据（4）式，可以计算出满足车速为20km/h 时，爬坡度为28%，电机输出额定功率为24.634kw ，在这里假定额定功率为25kw 。
5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率
电机的最大功率可以由下式计算得出：
max N P P λ=? （4）
式中：max P ——电机最大功率，kw ；
λ——电机过载系数，一般取2~3。
根据式（3），可计算得
max P =50~75kw ，所以初步假设电机的峰值功率为75kw
。由于选用的是轮毂电机，所以每个电机设定为：峰值功率20kw ，额定功率为10kw [7]。
5.5 电机额定转速和转速的选择
对电机本身而言，额定功率相同的电机额定转速越高，体积越小，质量越轻，造价越低；而且电机功率恒定时，随着电机额定转速和最高转速的增加，电机的最大转矩会减小，从而避免造成转矩过太的不利影响。因此．选择高速电机是比较有利的。但当电机转速超过一定程度后，其转矩降低幅度明显减小．因此，电机最高转速过高时，将导致电机及减速装置的制造成本增加。电机转速的选择既要考虑负载的要求．又要考虑电机与传动机构的经济性等固素。综合上述各种因素，由于选用轮毂电机，根据车用驱动电机的特点井参考其他电动车辆上采用的电机，选定电机的额定转速为2000r/min ，最高转速为3000r/min 。
max max max 1955095509550N N N N N
N T n T n P T n P P λ???==?=?（5）
式中：max T ——电机的最大转矩，N ·m ；
N T ——电机的额定转矩，N ·m ；
N n ——电机的额定转速，r/min 。
通过式（5），可算出电机的最大转矩为：max T =143.25N ·m ，额定转矩为：N T =47.75N ·m [8]。
6.传动系最大传动比的设计
（1）0i 的选择首先应满足车辆最高行驶速度要求, 由最高车速max a u 与电机最高转速max n 确定传动比的上限。
根据公式：
max 0max 0.377a n r
i u ≤ （6）
得：0i ≤3.732
（2）由电机的最高转速对应的最大输出转矩max T 和最高车速对应的行驶阻力
max F 确定速比的下限值：
max 0max T F r
i T η?≥? （7）
由前面的计算可得：
max f w F F F =+=681.16（N ） 最大输出转矩max T =143.25（N ·m ）
max 0max 1.743T F r i T η?≥=?
（3）由电机最大输出转矩和最大爬坡度对应行驶阻力确定0i 。
根据公式：
max 0max T F r
i T αη?≥? （8）
max (sin )F G fcos ααα=+=203.997（N ）
最大输出转矩max T =143.25（N ·m ）
max 0max 0.522T F r i T αη?≥=?
由以上的计算我们选定一个合适的减速比0i =3.4[8]。
7.电机的种类与性能分析
7.1 直流电动机
有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。在早期开发的电动汽车上多采用直流电动机，即使到现在，还有一些电动汽车上仍使用直流电动机来驱动。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机
7.2交流三相感应电动机
交流三相感应电动机的基本性能
交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到12000～15000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。对环境的适应性好，并能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。
7.3 永磁无刷直流电动机
永磁无刷直流电动机的基本性能
永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。
永磁无刷直流电动机的不足
永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高
7.4 开关磁阻电动机
开关磁阻电动机的基本性能
开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理容易。因而可靠性好，转速可达15000 r/min。效率可达85%～93%，比交流感应
电动机要高。损耗主要在定子，电机易于冷却；转子元永磁体，调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性，而且在很广的范围内保持高效率。更加适合电动汽车动力性能要求。
开关磁阻电动机的不足
开关磁阻电动机的控制系统比其他电动机的控制系统复杂一些，位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件，其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外，由于开关磁阻电动机输出转矩波动较大，功率变换器的直流电流波动也较大，所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器[9]。
8.电机的选择
电动汽车采用的备种驱动电动机性能比较
电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动是采用了控制性能最好和成本较低的直流电动机。随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展，交流电动机。永磁元刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，在电动汽车上，这些电动机逐步取代了直流电动机。表2为现代电动汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。目前交动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置，成本还比较高，形成批量生产以后，这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低，将能够满足经济效益的要求，并使电动汽车整车价格降低[10]。
表2 现代电动汽车驱动电动机的基本性能比较
经比较，该车选用轮毂式电动轿车开关磁阻电机（专利号：201020193561），数量为4个，具体参数如下，表3：
开关磁阻电机是开关磁阻电机传动系统的执行元件，其结构如图7和图8所示
图 7 电动汽车开关磁阻电机
图 8 定子、转子结构
其工作原理如图9[11]
图 9 开关磁阻电机的工作原理图
9.电机其他选择与设计
电机是纯电动车（EV）最为重要的部分之一，但由于轮毂所处的部位同时是比较恶劣的地方，所以轮毂电机的电动汽车设计中也需特殊设计。
9.1 电机形状位置设计
轮毂电机位于车轮，该车采用轮胎型号：215/65 R16[12]；
则根据公式:自由半径225.42H B in r ??+?=
（9）错误！未找到引用源。
汽车车轮的自由半径r=（215*65%*2+16*25.4）/2=0.343m 根据公式：滚动半径2r Fd
r π=
（10） 其中，F 为计算常数，子午轮胎F=3.05，d 为轮胎的自由直径。
所以车轮半径r r =(3.05×2r)/2π=0.333m 。
9.2 电机冷却设计
在传统电动机一般风冷便可以达到电机冷却效果，但是电动汽车的电机是整个汽车动力的来源，由上面数据可知轮毂电机最大功率可达20kw ，所以，我选择水冷方式对轮毂电机冷却。
电机密封表面与水套连接，电机部分整体浸在冷却液中，电机发热大部位有凸出的散热片，电机旋转同时，散热片对冷却液压缩驱动，代替汽车水泵。原理图如下：
图5 轮毂电机水冷设计简图
本设计参考于专利：水冷电动轮毂，此发明包括左轮毂架、右轮毂架、箱体、外转子电机、轴、车轮和制动器，左轮毂架和右轮毂架与箱体相对固定连接，电机定子与轴之间的空腔内设置内冷却水箱，内冷却水箱固定设置在箱体内，电机定子紧密贴合固定套在内冷却水箱的外壳上；还包括外冷却水箱，外冷却水箱设置于电机外圆周，外冷却水箱和内冷却水箱之间通过至少一条通道连通，本发明利用冷却水的对流原理，能够有效散失电机运转产生的热量，并且在电机长时间运转时仍能有效散失热量，保证电机有较高的工作效率，从而节约能源，延长电机使用寿命；结构简单紧凑，并不增加电动轮毂的体积，适合于电动车辆轻便灵活的特点；外冷却水箱构成箱体壁，进一步简化本发明的结构。（专利号：200810069915）
10.总结与展望
10.1 总结
随着现在的世界能源短缺，电动汽车在汽车行业里的地位逐步占有不可忽视位置，而轮毂电机便是汽车的另一个改革方向。山东贝格新能源科技是一家专业从事新能源汽车整车生产级解决方案的高科技公司，由于传统汽车的发展已达一个相当成熟的阶段，这里只能参考部分传统性能参数进行设计选择电动汽车的动力参数，经过计算得出电机的标准参数。
10.2 问题与展望
由于本人水平限制，论文仅由电机理论参数，设计选择出电机的最基本参数，在其中，我选择的开关磁阻电机也是比较新的技术，对其数据仿真对比相对比较困难，也同时难以形成比较真实的仿真。未来应当将它放入电机测试平台进行功率、扭矩测试进行更近一步的数据仿真。此外，这里还涉及了电机的密封与散热问题，水套如何与电机进行更好的密封，以及抵抗外界碰撞、震动的能力需要进一步的测试设计。
最后，电动汽车是一个集机械设计、电控技术、电池技术为一体的复杂的、多样的系统工程。更多具体信息请关注山东贝格新能源，本文还有很多需要改进的地方和有待进一步研究的难点。相信电动汽车必定在新技术的开发下有个美好的前景。
参考文献
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[12]王桂姣.《电动汽车轮毂电机驱动系统的运动特性与能量分配》.武汉理工大学，2009.
电动汽车四轮独立驱动技术 第一章：绪论 1.1 引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如Toyota Prius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 1.2 四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动 汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱
动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： （一）传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 （二）与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS 与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC系统的执行器是非常理想的。 （三）对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 （四）实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置
目录 一、汽车产品定位 (3) 二、汽车底盘布置形式 (4) 三、驱动电机的选择 (5) 四、蓄电池的选择 (8) 五、技术参数 (10) 六、成本分析 (11) 七、后记 (12)
一、汽车产品定位 二、汽车底盘布置形式 采用电动机前置前驱形式，变速驱动桥将变速器、主减速器和差速器安装在同一个外壳(常称为变速器壳)之内。这样可以有效地简化结构，减小体积，提高传动效率。而且取消了传动轴，可使汽车自重减轻。 电池组安装在前后两排座椅下。 三、驱动电机的选择 电动汽车电机是将电源电能转换为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮的汽车驱动装置，该电机与其他电机相比具有体积小、重量轻、效率高且高效区范围广、调速性能好等特点。 电动汽车用电动机在需要满足汽车行走的功能同时，还应满足行车时的舒适性、耐环境性、一次充电的续行里程等性能，该电机要求比普通工业用电动机更为严格的技术规范，还希望有如下功能： 体积小，重量轻。 减小有限的车载空间，特别是总质量的减小，在整个运行范围内高效率。 一次充电续行里程长，特别是行走方式频繁改变时，低负载运行时，也有较高的效率。 低速大转矩特性及宽范围内的恒功率特性。 综合上述原因考虑我们初步选定永磁无刷直流电机作为驱动电机。
无刷直流电机优点是： ①电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速 大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。 ②速度范围宽，电机可以在低中高大速度范围内运行，而有刷电机由于受机械 换向的影响，电机只能在中低速下运行。 ③电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的 电池能量是很重要的。 ④过载能力强，这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足车辆 的突起堵转需要。 ⑤再生制动效果好，因电机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电 机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹 车负担。 ⑥电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。 ⑦电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。 ⑧电机控制系统比异步电机简单。缺点是电机本身比交流电机复杂，控制器比 有刷直流电机复杂。 永磁无刷直流电机的技术数据：
电动汽车驱动电机类型种类和结构原理图 随着电动汽车行业的发展，各大汽车厂商纷纷开发了自家的电动车型。在雨后春笋般的的电动汽车市场，大家在看车的时候，厂商均推出了各自车型应用的电机。到底不同的电机有什么差别，下面本文就来讲讲新能源汽车电机的基础知识，介绍各种电机在电动汽车应用特点。 一、什么是电机? 所谓电机，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性;当机械能被转换成电能时，电机表现出发电机的工作特性。大部分电动汽车在刹车制动的状态下，机械能将被转化成电能，通过发电机来给电池回馈充电。
二、电动汽车应用驱动电机特点 基于电动汽车的特点，对所采用的电机也有较高的要求。为了提升最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度(W/kg)；为了增加1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率;此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高。低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应具备坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且成本不能过高。 目前，从现已成熟的电机技术来看，开关磁阻电机在各个技术特性方面似乎很符合电动车的使用需要，但尚未得到广泛应用；而现今永磁同步电机在电动汽车行业应用较广泛；现在较为知名的特斯拉Model系列均采用异步电机。此外，如果按电流类型划分还可分为直流电机和交流电机两种。下面根据转速、功率密度、体积等多方面特性参数对比来了解4种较为典型的驱动电机特点。
电动汽车用整车控制器总体设计方案
目次 1 文档用途 (1) 2 阅读对象 (1) 3 整车控制系统设计 (1) 3.1 整车动力系统架构 (1) 3.2 整车控制系统结构 (2) 3.3 整车控制系统控制策略 (3) 4 整车控制器设计 (4) 5 整车控制器的硬件设计方案 (5) 5.1 整车控制器的硬件需求分析 (5) 5.2 整车控制器的硬件设计要求 (6) 6 整车控制器的软件设计方案 (7) 6.1 软件设计需要遵循的原则 (7) 6.2 软件程序基本要求说明 (7) 6.3 程序中需要标定的参数 (7) 7 整车控制器性能要求 (8)
整车控制系统总体设计方案 1 文档用途 此文档经评审通过后将作为整车控制系统及整车控制器开发的指导性文件。 2 阅读对象 软件设计工程师 硬件设计工程师 产品测试工程师 其他相关技术人员 3 整车控制系统设计 3.1 整车动力系统架构 如图1所示，XX6120EV纯电动客车采用永磁同步电机后置后驱架构，电机○3通过二挡机械变速箱○4和后桥○5驱动车轮。车辆的能量存储系统为化学电池（磷酸铁锂电池组○8），电池组匹配电池管理系 统（Battery Management System，简称BMS）用以监测电池状态、故障报警和估算荷电状态（State of Charge，简称SOC）等，电池组提供直流电能给电机控制器○2通过直-交变换和变频控制驱动电机运转。 整车控制器○1（Vehicle Control Unit，简称VCU）通过CAN（Control Area Network）和其它控制器联接，用以交换数据和发送指令。该车采用外置充电机传导式充电，通过车载充电插头利用直流导线联接充电 机○9，充电机接入电网。 ○1整车控制器○2电机控制器○3交流永磁同步电机○4变速箱○5驱动桥 ○6车轮○7电池管理系统○8磷酸铁锂动力电池组○9外置充电机○10电网连接插座 图1 整车动力系统架构简图
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350002) 摘 要：介绍了目前纯电动汽车的发展状况，叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词：纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号：TP202 文献标识码：A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words：Electric vehicle，Drive motor，Vector control，Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视，以及能源价格的不断上涨，使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下，今年以来，由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退，尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑，使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划，从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源，具有零排放无污染的突出优点，因此备受汽车界的推崇。在中国，政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史，连这次至少有四次，世界汽车工业界要启动纯电动汽车，但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础，由于他的比能量和比价格都比较差，所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展，使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池，锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍，且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力，并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一，由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作，对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: （1）用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3～4倍)、加速性能好，使用寿命长的特点。 （2）电动汽车用电动机调速范围应该宽广，包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩，来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求；高速时能够输出恒定功率，能有较大的调速范围，以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。
新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器
“宾客”纯电动汽车 设计方案 设计单位：四方汽车设计有限公司 项目负责人：陈维劲 小组成员：游东峰、林锦地、缪陈国
目录 一、汽车产品定位 (3) 二、汽车底盘布置形式 (4) 三、驱动电机的选择 (5) 四、蓄电池的选择 (8) 五、技术参数 (10) 六、成本分析 (11) 七、后记 (12) 八、参考文献 (12)
一、汽车产品定位 未来汽车企业要想发展，只有制造符合时代发展需要的产品才能在激烈的市场竞争中占据一席之地。如日本、韩国在世界石油危机之后推出的节能型小汽车，就是适应了时代的发展才在市场上立足。而目前，我国汽车产业要想真正发展起来，必须设计出符合我国市场需求的物美价廉产品。 当今随着科技的发展，汽车产品正在向安全、舒适、节能、环保、高自动化和智能化发展。 a．材料的轻型化。目前，制造一辆汽车所需钢材约占整个汽车自身质量的65％，塑料占11％，铝仅占4％。为了促使汽车向轻型化发展，世界汽车产业正在进行着—嘲材料革命”。 b．能源环保化。随着人们环保意识的提高，追求与自然协调发展已成为国际企业界的一项共识。而汽车一方面给人类带来巨大的进步，另一方面又污染环境，因而，在人类生活日益提高的今天，相信低能源消耗的绿色汽车今后会畅销。 c．高自动化、高智能化。随着电子装备微型化和电子及控制技术日渐成熟，汽车智能化将是汽车发展趋势，人们更多的是追求让汽车“独立思考和判断”。 d．舒适化、安全化。这样，人们驾驶汽车不再是一种危险和负担，因为汽车已成为一种精神和体感的双重享受。 中国是世界上最大的潜在汽车市常我国汽车企业只要利用天时地利，创造出符合我国人民需求的汽车产品，走民族品牌化的道路，就能在世界跨国公司的竞争中立于不败之地。 我们设计的纯电动汽车正是定位在5万到9万元之间的经济型轿车，它是根据比亚迪F0改装而成的，它本身是一辆小排量汽车。我们主要是面向城市里面30岁左右的购买人群。
纯电动汽车的驱动电机系统详解 驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一，是车辆行驶的主要驱动系统，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。一、驱动电机系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器(MCU)构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如图1所示。整车控制器(VCU)根据加速踏板、制动踏板、挡位等信号通过CAN网络向电机控制器MCU发送指令，实时调节驱动电机的扭矩输出，以实现整车的怠速、加速、能量回收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转子位置进行实时监测，并把相关信息传递给整车控制器VCU，进而调节水泵和冷却风扇工作，使电机保持在理想温度下工作。驱动电机技术指标参数，如表1所示，驱动电机控制器技术参数如表2所示。1、驱动电机永磁同步电机是一种典型的驱动电机(图2)，具有效率高、体积小、可靠性高等优点，是动力系统的执行机构，是电能转化为机械能载体。它依靠内置旋转变压器、温度传感器(图3)来提供电机的工作状态信息，并将电机运行状态信息实时发送给MCU。旋转变压器检测电机转子位置，经过电机控制器内旋变解码器解码后，电机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的IGBT功率管导通，按顺序给定子三个线圈通电，驱
动电机旋转。温度传感器的作用是检测电机绕组温度，并提信息供给MCU，再由MCU通过CAN线传给VCU，进而控制水泵工作、水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。驱动电机上有一个低压接口和三根高压线(V、U、W)接口，如图4所示。其中低压接口各端子定义如表3所示，电机控制器也正是通过低压端口获取的电机温度信息和电机 转子当前位置信息。2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU结构如图5所示，它内部采用三相两电平电压源型逆变器，是驱动电机系统的控制核心，称为智能功率模块，它以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路。MCU对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态信息通过CAN2.0网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当电机出现异常时，达到一定条件后，它将会激活一个错误代码并发送给VCU整车控制器，同时也会储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传感器(图6)、电压传感器、温度传感器来进行电机运行状态的监测，根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流，包括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机控制器工作的实际电压，包括动力电池电压、12V蓄电池电压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度，包括IGBT模块的温度。驱动电
***有限公司 电动汽车项目设计方案 院长： 总工程师： 主任工程师： ***研究设计院 ***有限公司 20***年***月 目录
1 总说明 .................................................................................................................. 2 工艺...................................................................................................................... 2.1 焊装车间 ............................................................................................................. 2.2 涂装车间 ............................................................................................................. 2.3 总装车间 ............................................................................................................. 3 质量管理及质量保证............................................................................................. 4 总图、物流及仓库 ................................................................................................ 5 建筑结构............................................................................................................... 6 给水排水工程 ....................................................................................................... 7 采暖通风与空气调节............................................................................................. 8 动力工程............................................................................................................... 9 电气工程............................................................................................................... 10 自动控制 11 信息系统............................................................................................................. 12 环境保护工程 ..................................................................................................... 13 职业安全卫生 ..................................................................................................... 14 消防.................................................................................................................... 15 总概算 ................................................................................................................ 附表：1 总概算汇总表 2 焊装车间工艺设备明细表 3 涂装车间工艺设备明细表 4 总装车间工艺设备明细表 附图：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/dc1161390.html, 电动汽车用驱动电机发展现状与趋势分析 作者：张勇 来源：《时代汽车》2016年第12期 摘要：目前，我国电动汽车行业正在不断发展，相关的生产技术也逐步完善。本文中，笔者即将对电动汽车用驱动电机进行介绍，并就驱动电机目前的发展状况以及在将来一段时间的发展趋势作出相关分析。 关键词：电动汽车；驱动电机；现状；趋势 1电动汽车用驱动电机概述 目前，电动汽车的不同特性对于驱动电机提出了不同类型的要求。其中，对速度要求较高的电动汽车，要求其电机的瞬时功率及功率密度值较高；而要求电池使用周期较长，充电后可以行使更远距离的电动汽车，要求电机的效率应相对较高；此外，电动汽车还要求驱动电机具有比较理想的高低速综合效率，用材坚固，耐用性强，且具有理想的防水性能，性价比高等特性。依据上述要求，目前国内设计生产的比较常见的驱动电机主要包括下述4种类型。 1.1直流有刷电机 直流有刷电机是一种采用直流供电的驱动电机，是最早研发并使用的电动汽车用驱动电机类型，且目前在很多类型的电动汽车中仍旧在广泛使用。直流有刷电机最大的优势在于控制特性较好，简单易于操作，且目前国内的生产技术较为成熟，质量比较稳定。 然而，直流有刷电机之所以后来逐步为其他类型的驱动电机所取代，正是由于其也存在着一些比较突显的缺陷。首先，由于直流有刷电机具有电刷及机械换向器两个结构，导致其电机过载能力及速度得不到有效的提高，且使用过程中对零部件的维护成本较高。此外，直流有刷电机的损耗主要发生在转子部分，这便导致产生的热量散失难度较大，对转矩质量比参数需要进一步优化。第三，直流有刷电机在运行过程中，电刷容易因摩擦产生火花，从而形成电磁干扰对电动汽车的正常运行造成不利影响。第四，由于采用的是机械换向器，因此会对电机的容量、转速等性能造成限制，越来越无法满足用户对于驱动电机的需求。 1.2感应电机 目前电动汽车中最为常用的就是交流三相感应电机。此类电机的定子和转子是通过对硅钢片进行叠压后制成的，没有其他零部件接触。具有结构简单，性能稳定，耐用性能优良等特点。此外，该电机的功率范围较广；可以通过空气进行冷却，也可以通过液体冷却；同时，对于周边环境具有很好的适应性能。相比于其他类型的驱动电机，感应电机的质量小，价位低，性价比高，并且保养及维修成本也相对较低。
1．我国电动汽车发展概况 1.1 产业背景 1.2 产业政策 1.3 发展状况 1.3.1 技术状况 1.3.2 产业化状况 1.3.3 产品状况 1.3.4 国内主要生产企业及其产品明细表 1.4 发展方向 1.4.1 未来趋势 1.4.2 专家评述 2．我国发展电动汽车的相关政策 2.1 国家发展电动汽车的相关政策（按出台时间、名称、主要内容列表） 2.2 各省市发展电动汽车的相关政策（对北京、山东、湖南、湖北、河南、安徽、天津等分述之） 2.3 电动汽车技术支持的相关单位与组织 3．电动汽车驱动系统与驱动电机 3.1 电动汽车对其驱动系统的主要技术要求 3.2 电动汽车驱动系统的分类及其说明 3.3 电动汽车驱动电机的分类及其技术指标汇总 3.4 国内电动汽车研发单位及其研发情况 3.5 电动汽车驱动电机发展方向 4．技术方案 4.1 永磁一磁阻同步电机先进性与可行性 4.2 永磁一磁阻同步电机的优越性 4.3 永磁一磁阻同步电机现有工作基础 5．技术路线 6．合作组织 7．投资估算 8．其他
国外电动汽车及其驱动系统(本网页可阅览) 1．电动汽车的技术特征 1.1 电动汽车的基本概念和基本分类 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。电动汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3种类型． 纯电动汽车 纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)提供动力的汽车。 混合动力电动汽车 一般是指采用内燃机和电动机两种动力,将内燃机与储能器件(如高性能电池或超级电容器) 通过先进控制系统相结合, 提供车辆行驶所需要的动力, 混合动力电动汽车并未从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖。因此,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中的一种过渡车型。 燃料电池车 燃料电池车是利用氢气和氧气(或空气)在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装臵, 具有完全无污染(排放物为水)的优点, 1.2电动车的基本特点 概括来讲, 电动汽车与内燃机汽车相比有以下优点 （1）效率高:对能源的利用,电动汽车的总效率至少在19%以上(采用燃料电池时效率远高于这一数值),而内燃机汽车效率低于12%,由此可见, 电动汽车更加节能。 （2）环境污染小: 电动汽车排出的废气非常少甚至不排出废气, 产生的废热也明显少于内燃机汽车． （3）可使用多种能源: 可直接利用电厂输出的电能,也可以通过太阳能、化学能、机械能转化而获得电能。 （4）噪音低: 即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音, 而内燃机的噪音则非常大。 （5）结构简单，使用维修方便，操作控制易实现自动化。 三种类型电动汽车的比较如附表所示
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
电动汽车的四种驱动电机比较 电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 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：以电动机代替燃油机，由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠，甚至被视为中国在新能源汽车行业实现汽车工业“弯道超车”的希望领域之一。新能源电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。 电动汽车的驱动电机要求有以下几个特点： ?宽广的恒功率范围，满足汽车的变速性能 ?启动扭矩大，调速能力强 ?效率高，高效区广 ?瞬时功率大，过载能力强 ?功率密度大，体积小，重量轻 ?环境适应性高，适应恶劣环境 ?能量回馈效率高 根据驱动原理，电动汽车的驱动电机可分为以下4种： 1、直流电动机 在电动汽车发展的早期，很多电动汽车都是采用直流电动机方案。主要是看中了直流电机的产品成熟，控制方式容易，调速优良的特点。但由于直流电动机本身 的短板非常突出，其自身复杂的机械结构（电刷和机械换向器等），制约了它的瞬 时过载能力和电机转速的进一步提高；而且在长时间工作的情况下，电机的机械结 构会产生损耗，提高了维护成本。此外，电动机运转时的电刷火花会使转子发热， 浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰，这些因素都会影响具体整车性能。 由于直流电动机的缺点非常突出，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。 2、交流异步电动机 交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简 单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电动机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相 媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转
驱动电机 实 训 报 告 汽工1302 黄祥吉
图给出三相BLDCM 控制系统的六开关逆变器拓扑图。根据无刷直流电机的特点，为了减小转矩脉动，提高电机控制性能，要求加在电机定子上的电流为方波，并与电机的梯形反电动势严格同步，每相电流导通120。表给出图所示的六开关逆变器的开关器件导通顺序。 由表可见，六开关逆变器中，根据开关器件的状态，可组成6个状态组合或电压矢量，即：(0，一1，1)、(1，一1，0)、(1，0，一1)、(0，1，一1)、(一1，1，0)、(一1，0，
1)，其中，1表示上桥臂导通，一1表示下桥臂导通，0表示没有管子导通。如(0，一1，1)表示B相的下桥臂和C相的上桥臂导通，即VS5，Vs6导通，A相处于不导通状态。这样在任何时刻总是只有两相处于导通状态，即任何时刻总有一相的两个开关器件不参与工作。开关磁阻电机的控制系统。 开关磁阻电机作为一种新型调速电机，兼有直流和交流调速的优点，适用的领域很广。它是由磁阻电机与电子开关驱动控制电路组成一体的能量换转机构。 如图所示为四相的开关磁阻电机。图表示导通顺序A、B、C、D时定转子工作情况。图4a 表示V1导通，A相绕组通电，而其余的三相绕组断电，因此转子磁1.1′受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力而产生转矩，使转子沿逆时针旋转，转子磁极1.1′向定子磁极AA′趋近，直到两者重合。此时，控制器据位置传感器的关断信号，去控制驱动器，关断V1，切断A 相绕组电流，紧接着控制器根据位置传感器的开、断信号，依次使V2、V3、V4通、断，使B、C、D相绕组顺序的通与断，使转子受同一方向转矩作用，沿逆时针的运行。若改变相电流大小，则可改变电机转矩和转速。 总之，国已经开发出了以上四种电机驱动系统，取得了很大的技术进步，已经在车辆上获得了应用。但是，还存在着需要改进之处。就交流感应电机电控系统而言，国的绝大多数电动效率在70％以上区域围占整个工作的区域还在80％以下；电机在低速运行过程中，输出转矩脉动性过大；在高速运转时可输出的转矩偏小，加载能力差，且转矩降落略大；甚至在一定转速围存在较大电磁振动（噪音），有待于进一步解决。四种电机电控系统的可靠性都有待进一步提高以适应产业化要求。
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1 汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。
3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读： WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb
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电动汽车，这三类电动汽车均采用一个及以上的电机驱动系统将电能转换为机械能，进而驱动汽车，同时回收刹车的制动能量，从而实现了能量利用率的提升。 1. 纯电动汽车 纯电动汽车由电机驱动汽车，能量完全由二次电池（如铅酸电池、镍镐电池、镍氢电池或锂离子电池）提供。由于一次石化能源的日趋匮乏，纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。典型的纯电动汽车动力结构如图1 所示。电池组的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。纯电动汽车的特点是车辆 实现零排放，不依赖汽油，完全采用电能驱动车辆，但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。 2. 混合动力汽车 混合动力汽车按动力总成结构及能量流传递方案不同，可分为串联、并联及混联三种混合动力方式。串联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过电气系统传递；并联和混联混合动力车辆中，发动机动力与电动机动力通过一个专门的机电耦合机构实现向车轮的传递，常用的机电耦合机构包括行星齿轮耦合、变速器耦合及离合器耦合等。 串联式混合动力系统的动力总成，发动机的机械能通过发电机转化为电能，电动机将电能转换为机械能传到驱动桥，驱动桥和发动机之间没有直接的机械连接。该方案的优点是系统控制简单，缺点是难以应对复杂路况，电池充放电压力较大，电池寿命要求较高。