电动车驱动电机及其控制技术综述电动车驱动电机及其控制技术综述
2009-5-29 15:51:35 关注率:234
简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。
1 概述
电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。
现有电动车大致可以分为以下几个主要部分:蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。
其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。
too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance
with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
2 电动车电气驱动系统比较
电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。
电动车电气驱动系统用电动机比较表
下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。
2.1 直流驱动系统
too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the
improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。
但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统
2.2.1 感应电动机
电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征:
(1)稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。
(2)驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。
(3)运行频率不是50Hz，而是远远在此之上。
(4)采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。
为此，电动车感应电动机设计方面如下特点:
(1)尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。
(2)更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。
(3)减少重量、体积，以增加与车体的适配性。
2.2.2 控制技术
应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种:V/F控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以PWM方式实现V/F控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年来，研制的电动车感应电动机几乎都采用矢量控制技术。矢量控制按其侧重点不同，主要有两种控制策略:提高驱动系统效率的最大效率控制与简化系统、降低成本的无速度传感器矢量控制。
最大效率控制技术是通过使励磁电流Io随电动机参数和负载条件而变化来实现在任何负载条件下都使电动机的损耗最小，效率最大的目标。
矢量控制离不开速度的控制，而无速度传感器是利用电动机电压、电流和电动机参数来估算出速度，从而无需一般矢量控制中的速度传感器，达到简化系统、降低成本、提高可靠性的目的。
2.3 永磁无刷电动机驱动系统
2.3.1 永磁无刷电动机
永磁无刷电动机系统可以分为两类，一类是方波驱动的无刷直流电动机系统(BDCM)，另一类是永磁同步电动机系统(PMSM)，也称之为正弦波驱动的无刷直流电动机系统。BDCM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，
也可以通过检测反电动势波形换相。PMSM系统一般需要绝对式码盘或too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should
strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
旋转变压器等转子位置传感器。从磁铁所处不同位置的结构上看，永磁无刷电动机可以分成表面型、镶嵌型、深埋式等结构型式，在电动汽车中也有采用盘式结构或外转子结构的。
深埋式永磁同步电动机因其有高的功率密度、有效的弱磁控制及方便的最大效率控制而在电动车应用领域倍受青睐，是当前电动车电动机研发的热点。用在电动车上的永磁同步电动机是将磁铁插入转子内部，得到同步旋转的磁极深埋式转子结构如图3所示，这种电动机在结构设计方面主要有两个特征:?转子磁铁使用埋入式;?采用多极化设计。这种设计具有显著的优点:
(1)与将永磁体贴在转子表面的情况相比，将永磁体植入转子内部，则即使高
速旋转，永磁体也不会飞散，为此就使设计10000r/min以上的超高速电动机成为可能。
(2)对于要求的最大转矩而言，采用图3所示的转子结构，永磁电动机能做得
更小。
图3 深埋式永磁同步电动机结构简图
(3)电机多极化设计也是降低成本的有效手段。图4表示了电动机永久磁铁用
量占电动机总重量的百分比随电动机极数增加而减少的变化曲线。
图4 永磁同步电动机的极数和磁铁用量的关系
2.3.2 深埋式永磁同步电动机的控制技术
深埋式永磁同步电动机控制系统的构成如图5所示。与一般电动机的控制系统多为速度控制系统或位置控制系统不同，电动车是由加速器与控制器共同决定的转矩指令来控制电机。因为转矩由电流决定，所以实际上构成了一个电流控制系统。应用转矩指令和电动机转速，通过独立增减d轴电流和q轴电流进行too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris,
the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
电流控制，就能使电动机和逆变器的综合损失最小，进而提高电动车驱动系统的效率。d轴电流指令为负，就意味着进行弱磁调节，所以，弱磁控制也是有效的。以上设计不仅考虑了电动机的特性，还考虑了电动机的控制方法及使用方法，系统结构紧凑、性能稳定，是目前电动车的优选驱动系统。
图5 永磁同步电动机控制系统框图
2.4 开关磁阻电动机驱动系统
2.4.1 开关磁阻电动机
目前，开关磁阻电动机(SRM)已投入实际使用，法国F1AT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都曾采用了开关磁阻电动机。SRM是没有任何形式的转子导体和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑
形式。SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点。但SRM有转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性特性等缺点，所以，目前应用还受到限制。针对传统SRM的缺点，研制了永磁式开关磁阻电动机驱动系统(PMSRD)，通过高性能永磁钢的引入，克服了传统SRM存在的换流相对较慢、能量利用率较低的缺点，增加了电机的比功率密度。
2.4.2 控制技术
由于SRM系统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SRM系统。目前主要利用模糊逻辑控制、神经网络控制等。香港大学开发的模糊滑模控制具有减少控制振荡等优点，是SRM系统控制研究的一个新的突破。
3 结速语
20 世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，交流电动机折控制变得比较容易了。为此，电动车的电气驱动系统从直流电动机转向交流电动机，特别是感应电动机具有结构紧凑、可靠性高、成本低的优点，对于电动车来说是特别可贵的。但永磁电动机除有以上优点外，还在转换效率方面又较感应电动机稍胜一畴。
too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river
environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
开关磁阻电动机具有结构简单、控制灵活、可四象限运动、可靠性高、能在较宽的速度和转矩范围内高效运行等特点，作为具有潜力的电动车电气驱动系统日益受到重视。但其转矩脉动大，噪声大等缺点一直未得到很好解决，如何从电机设计和控制策略两方面加以改进是现在的研究热点。
永磁电动机电气驱动系统以转速更高(德国KOVO电技术公司已研制出转速达50000r/min、功率达1.5kW的无刷电动机)、用磁更省、可以实现转子轻小紧凑、低成本化设计而成为研究与应用的热点。但永磁电动机也有制成后难以调节磁场以控制功率因素和无功功率的缺点，这将成为今后的研究方向。
在控制器件方面，应用新一代功率电子器件，可使变频器有更高的功率密度和效率，结构也更牢固，更适于电动车所用。
在控制策略方面，变结构控制、模糊控制、神经网络控制以及专家系统等新的控制方法正逐渐应用于电动车驱动系统中，并取得越来越好的效果。
2009-5-29 15:51:35 关注率:234
简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。
1 概述
电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。
现有电动车大致可以分为以下几个主要部分:蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。
其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。
too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and
suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
2 电动车电气驱动系统比较
电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。
电动车电气驱动系统用电动机比较表
下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。
2.1 直流驱动系统
too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river
environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。
但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统
2.2.1 感应电动机
电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征:
(1)稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。
(2)驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。
(3)运行频率不是50Hz，而是远远在此之上。
(4)采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。
为此，电动车感应电动机设计方面如下特点:
(1)尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。
(2)更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。
(3)减少重量、体积，以增加与车体的适配性。
2.2.2 控制技术
应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种:V/F控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以PWM方式实现V/F控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年来，研制的电动车感应电动机几乎都采用矢量控制技术。矢量控制按其侧重点不同，主要有两种控制策略:提高驱动系统效率的最大效率控制与简化系统、降低成本的无速度传感器矢量控制。
最大效率控制技术是通过使励磁电流Io随电动机参数和负载条件而变化来实现在任何负载条件下都使电动机的损耗最小，效率最大的目标。
矢量控制离不开速度的控制，而无速度传感器是利用电动机电压、电流和电动机参数来估算出速度，从而无需一般矢量控制中的速度传感器，达到简化系统、降低成本、提高可靠性的目的。
2.3 永磁无刷电动机驱动系统
2.3.1 永磁无刷电动机
永磁无刷电动机系统可以分为两类，一类是方波驱动的无刷直流电动机系统(BDCM)，另一类是永磁同步电动机系统(PMSM)，也称之为正弦波驱动的无刷直流电动机系统。BDCM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，
也可以通过检测反电动势波形换相。PMSM系统一般需要绝对式码盘或too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris, the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the
implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
旋转变压器等转子位置传感器。从磁铁所处不同位置的结构上看，永磁无刷电动机可以分成表面型、镶嵌型、深埋式等结构型式，在电动汽车中也有采用盘式结构或外转子结构的。
深埋式永磁同步电动机因其有高的功率密度、有效的弱磁控制及方便的最大效率控制而在电动车应用领域倍受青睐，是当前电动车电动机研发的热点。用在电动车上的永磁同步电动机是将磁铁插入转子内部，得到同步旋转的磁极深埋式转子结构如图3所示，这种电动机在结构设计方面主要有两个特征:?转子磁铁使用埋入式;?采用多极化设计。这种设计具有显著的优点:
(1)与将永磁体贴在转子表面的情况相比，将永磁体植入转子内部，则即使高速旋转，永磁体也不会飞散，为此就使设计10000r/min以上的超高速电动机成为可能。
(2)对于要求的最大转矩而言，采用图3所示的转子结构，永磁电动机能做得更小。
图3 深埋式永磁同步电动机结构简图
(3)电机多极化设计也是降低成本的有效手段。图4表示了电动机永久磁铁用量占电动机总重量的百分比随电动机极数增加而减少的变化曲线。
图4 永磁同步电动机的极数和磁铁用量的关系
2.3.2 深埋式永磁同步电动机的控制技术
深埋式永磁同步电动机控制系统的构成如图5所示。与一般电动机的控制系统多为速度控制系统或位置控制系统不同，电动车是由加速器与控制器共同决定的转矩指令来控制电机。因为转矩由电流决定，所以实际上构成了一个电流控制系统。应用转矩指令和电动机转速，通过独立增减d轴电流和q轴电流进行too busy to come over, this is very responsible. Next to the sanitation department signed removal contracts, in strict accordance with the provisions of the contract. The back street alleys and suburban , to do a good job in environmental health at the same time, do a good job in a timely public facilities maintenance, repair, install, completely solve the piles of garbage, sewage crosscurrent, heidengxiahuo, potholes and other phenomena, do the streets clean, orderly, the convenience of the public life. To some five on the improvement of the urban river construction site. Now our urban river environment really let people see not bottom go to, than the works of Lao She's "Longxugou ditch" is not strong to where to go. The next step, we should insist on treating the symptoms, the strict implementation of the "long river" responsibility system, strengthen the river daily cleaning, planting a number of decomposition and green vegetation, so that Hanoi no garbage, riverside, no debris,
the river no smell. At the same time, it is necessary to focus on the effect a permanent cure, accelerate the rain sewage diversion, to carry out the system of comprehensive remediation, accomplish treat a river, into a piece of landscape. The building housing the departments should strengthen the construction site construction supervision, supervise the implementation of construction dust dust measures, the public security traffic police department To
电流控制，就能使电动机和逆变器的综合损失最小，进而提高电动车驱动系统的效率。d轴电流指令为负，就意味着进行弱磁调节，所以，弱磁控制也是有效的。以上设计不仅考虑了电动机的特性，还考虑了电动机的控制方法及使用方法，系统结构紧凑、性能稳定，是目前电动车的优选驱动系统。
图5 永磁同步电动机控制系统框图
2.4 开关磁阻电动机驱动系统
2.4.1 开关磁阻电动机
目前，开关磁阻电动机(SRM)已投入实际使用，法国F1AT公司研制的电动车和中国第二汽车制造厂研制的电动客车都曾采用了开关磁阻电动机。SRM是没有任何形式的转子导体和永久磁铁的无刷电动机，它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流，其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑
电动汽车车载网络 引言 汽车技术发展到今天，很多新型电气设备得到了大量应用，尤其是电动汽车的电气系统已经变成了一个复杂的大系统。为了满足电动汽车各子系统的实时性要求，需要对公共数据实行共享 电动汽车作为清洁绿色的新能源汽车, 将在未来交通体系中发挥越来越重要的作用。 汽车中电器的技术含量和数量是衡景汽车性能的一个重要标志。汽车电器技术含量和数量的增加，意味着汽车性能的提高。但汽车电器的增加，同样使汽车电器之间的信息交且桥梁——线束和与其配套的电器接插件数量成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束总长度为45 米。为了在提高性能与控制线束数量之问寻求一种有效的解决途径，在20世纪80年代初，出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式——车载网络。 一、汽车车载网络的组成 车载网络按照应用加以划分，大致可以分为4 个系统：车身系统，动力传动系统、安全系统和信息系统。
图1奥迪A4的车载网络系统 车身系统电路主要有二大块： 主控单兀电路、受控单兀电路、门控单兀电路。 主控单元按收开关信号之后，先进行分析处理，然后通过CAN 总线把控制指令发 送给各受控端，各受控端晌应后作出相应的动作。 车前、车后控制端只接收主拄 端的指令，按主控端的要求执行，并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但 通过总接收主控端的指令，还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号， 门控单元会做出相应动作，然后把执行结果发往主控单元。 在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中， 可固定在一处，利 用网络 将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素一跑、停止 与拐弯这些功能用网络连接起来时，就需要较高速的网络传输速度。动力数据总 线一般连接3块电脑，它们是发动机、ABS/ EDL 及自动变速器电脑（动力CAN 数 据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑 ）。总线可以同时传 递10组数据，发动机电脑5组、AB 》EDL 电脑3组和自动变速器电脑2组。数 据总线以500Kbit /s 速率传递数据，每一数据组传递大约需要 0.25ms ,每一电 控单元7-20ms 发送一次数据。优先权顺序为ABVEDL 电控单元--发动机电控单 元 -- 自动变速器电控单元 因此，线束变长， 而且容易受到干扰的影响。 为了防干扰应尽量降低通信速 度，但，丹 駅 咗'i / - Q I "—-r__ L] 车身控 & 阳Poy 灯朮平调幣转萱/灯 厂是砸硕! —
中国地质大学长城学院 本科课程设计题目:基于80C51单片机的步进电机控制系统 系别信息工程系 学生姓名 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 职称讲师 2014 年6 月11 日
摘要 本文研究基于51系列单片机的步进电机控制系统设计，该系统包括以下几个部分：数据采集、数据处理、终端接收，该系统以汇编语言为单片机的驱动程序语言，单片机控制步进电机，主要任务是把二进制数变成脉冲序列，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制，利用单片机实现对步进电机的远距离实时监控，从而达到高效、节能的控制步进电机工作的目的,该系统具有成本低、控制方便的特点。使用单片机驱动四相步进电机，控制步进电机以四相八拍的方式运行，来实现步进电机正向/反向旋转，P1.0～P1.3分别控制步进电机；P1.5～P1.7分别控制步进电机的停止、正转、反转。 关键词：51单片机；步进电机；数据采集；汇编语言；
目录 摘要 0 1 设计目的 (1) 2设计内容与要求 (1) 3 总体设计方案 (1) 3.1整体方案 (1) 3.2具体方案实现 (1) 4系统硬件设计 (2) 4.1复位电路 (2) 4.2晶振电路 (2) 4.3按键电路 (3) 4.4指示灯电路 (3) 4.5驱动电路 (4) 4.6步进电机 (4) 5程序软件设计 (5) 5.1程序流程图 (5) 5.2源程序 (6) 6系统调试与仿真 (7) 7总结 (8)
1设计目的 1．掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路。 2．掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法。 3．熟悉步进电动机的工作特性。 2设计内容与要求 1．查阅资料，了解步进电机的工作原理。 2．通过单片机给定参数控制电机转动。 3．通过按钮控制正转、反转和停止。 3总体设计方案 3.1整体方案 本系统主要是由AT89C51，步进电机控制器ULN2004，步进电机，通过单片机编程，实现步进电机控制的脉冲分配，使电机实现正转，反转以及停止等功能 3.2具体实现方案 根据系统要求画出单片机控制步进电机的控制框图，见下图。系统包括单片机、按键、驱动电路和步进电机。 键盘80c51单片机 步进电机 驱动电路
《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控
制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下：
院 年 学期新能源汽车驱动电机技术课程试卷 共 3 页第 1 页题次 一 二 三 四 总分 得分 第一部分.概念辨析模块 请判断下列说法是否正确，正确在括号内画“√”，错误则在括号内画“×” （共25分，每空1分） （ ）1、新能源汽车要求驱动电机体积小、质量轻，具有高可靠性和寿命长。 （ ）2、新能源汽车无需要求驱动电机全速段高效运行。 （ ）3、电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。 （ ）4、直流电机一般具有电刷装置和换向器。 （ ）5、电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。 （ ）6、磁导率是表示物质导磁性能的参数。 （ ）7、直流电机的工作原理是通电直导线在磁场中受力。 （ ）8、交流异步电机的工作原理是由三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，从而在鼠笼中产生感应电流，从而在磁场中受力。 （ ）9、永磁同步电机的工作原理是通过电子开关电路产生旋转磁场，转子根据磁阻最小的原理进行旋转。 （ ）10、无刷直流电机的工作原理是通过电子开关产生旋转磁场，转子跟随磁场旋转。 （ ）11、开关磁阻电机的工作原理是三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，由永磁铁构成的转子跟随旋转磁场旋转。 （ ）12、直流电机调速性能好，启动转矩大。 （ ）13、直流电机控制复杂，易磨损。 （ ）14、交流异步电机具有高可靠性，制造成本高。 （ ）15、无刷直流电机无换向器和电刷，结构简单牢固，尺寸和质量小，基本免维护。 （ ）16、开关磁阻电机一般定子凸极比转子凸极少两个。 （ ）18、开关磁阻电机的成本相对而言最低。 （ ）19、功率二极管基本结构和工作原理与电子电路中的二极管都是相同的。 （ ）20、占空比指的是电力电子开关的导通时间与开关周期之比。 （ ）21、直流斩波电路只有降压斩波电路。 （ ）22、PWM 整流电路采用脉冲宽度调制控制，能够实现电能双向变换。 （ ）23、轮毂电机结构简单、布置灵活，车辆的空间利用率高，传动系统效率高。 （ ）24、开关磁阻电机的噪音较大。 （ ）25、永磁同步电机和无刷直流电机的转子结构相似，都是由永磁铁组成。 第二部分.基本知识模块 下列题目只有一个正确答案，请选择正确答案并将代码填写在括号里。 （共15分，每题1分） 1.交流异步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 2.永磁同步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 3.磁通所通过的路径称为（ ） A 磁感线 B 磁场强度 C 磁路 D 磁阻 4.用于制造永久磁铁和扬声器的磁钢的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 5.用于制造计算机中磁存储元件的磁芯、磁棒和磁膜等的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 6.用于制造电动机、变压器和继电器的铁芯的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 7.右图的电路符号所示为（ ）。 A 功率二极管 B 功率MOSFET C IGBT D GTR 8.功率MOSFET 指的是( )。 系 班 级 姓 名 学 号 命题教师 教研室负责人 系 负责人 试卷类型 A ………………………………………密封线………………………………………密封
目录 一前言 (1) 二总体方案设计 (1) 1工作原理 (1) 2方案选择 (1) 2.1时钟脉冲 (1) 2.2脉冲分配器 (1) 2.3驱动器 (1) 3 总的框架 (2) 三单元模块设计 (2) 1单片机模块 (2) 1.1复位控制 (3) 1.2单片机频率 (3) 2接口 (3) 3驱动器ULN2003 (4) 4按键模块 (5) 5步进电机 (5) 5.1工作原理 (5) 5.2 28BYJ48型四相八拍 (7) 四整机调试与技术指标测量 (8) 五设计总结 (8) 参考文献 (9) 附录1电路原理图 (10) 附录2 源程序 (11)
一、前言 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 二、总体方案设计 1、工作原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 2、方案选择 （1）时钟脉冲 通常有两种方法实现： 方案一直接有硬件组成如：多谐振荡器 LC 等。 方案二用软件的方式形成优点便于随时更改，调整。 为了方便我们选用软件方式有单片机实现。 （2）脉冲分配器 方案一硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 方案二软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。 考虑到硬件设备的有限和对步进电机的控制我们选择软件环分可以有单片机实现。 （3）驱动器 方案一使用功率场效应管的单电压功放电路。
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。
步进电机工作原理、驱动控制系统与选型 一、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，
电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 其磁通量Ф=Br*S ；Br为磁密；S为导磁面积； F与L*D*Br成正比；L为铁芯有效长度；D为转子直径；Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机
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
电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征： （1）稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。 （2）驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 （3）运行频率不是50hz，而是远远在此之上。 （4）采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 2.2.2 控制技术 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种：v/f控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以pwm方式实现v/f控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年
电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 一、混合式步进电机
电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半 步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ef6198990.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。
MSP430单片机对步进电机的驱动控制设计 单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。 1 系统设计原理 步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现的功能：1）通过键盘启动／暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；2）通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态；3）实现三相或四相步进电机的控制：4）通过PC上位机实现对步进电机的控制（启停、转速和转向等）。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。 2 系统硬件电路设计 2．1 单片机模块 单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8 KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态，USART模块实现单片机和PC上位机之间的通信，实现PC机对步进电机控制。电源管理电路提供稳定的3．3 V和5 V电压，分别给单片机、晶振电路和驱动和功率放大电路供电。32 kHz晶振给单片机、键盘／显示接口器件8279和脉冲分配器
《驱动电机及控制技术》教学大纲 一、授课对象 本课程适用于汽车服务系新能源汽车制造与装配专业（中、高级）班三年制 二、课程学时 总学时108课时，6课时/周，1学期授完。 三、课程的任务和目的 本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材，是一门机电类专业课程。其任务是：使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 本课程目的是：使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用，以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 四、课程内容和要求 第一章：直流电动机 8课时 1．教学内容： 第一节：直流电动机的结构和分类 第二节：直流电动机的工作原理与运行特性 第三节：直流电动机的起动、反转和调速。 2．教学要求与建议：了解直流电动机的基本结构和分类，掌握直流电动机 的基本工作原理，理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法，初步了解 直流电动机常见故障的检修方法。 第二章：单相异步电动机 10课时 1.教学内容： 第一节：异步电动机的结构和工作原理 第二节：单相异步电动机的分类 第三节：单相异步电动机的反转和调速 2．教学要求与建议：了解单相异步电动机的基本结构，掌握单相异步电动 机的基本工作原理，理解异步电动机的分类和起动方式，了解单相异步电动机的 反转、调速的原理和方法，初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。
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。
摘要：近年来，环境和能源问题正引起人们的高度重视，因此研发节约能源、少污染甚至无 污染的绿色汽车已成为全球的热点。驱动电机作为纯的核心零部件，其性能直接关系到的动 力性和能源转化效率，同时还需要满足汽车结构尺寸的限制及复杂工况下的运行条件。本文 重点对驱动电机进行介绍，并对驱动电机目前的发展现状进行分析。 0引言 纯指仅由电能驱动的，我国2012年发布的《节能与产业发展规划（2012-2020年）》中所 指的纯为符合国家“双80”标准的。纯电动主要包括动力电池及电池管理技术、驱动电机及其 控制技术、整车控制技术等。受限于电池技术的发展，目前面临的最大问题主要为续航里程 及成本问题，在电池能量密度低这一“瓶颈”问题没有取得重大突破之前，提高驱动电机系统 的效率显得尤为重要。 1电动汽车驱动特点分析 驱动电机作为纯的核心零部件，其性能直接关系到的动力性和能源转化效率，同时还需要 满足汽车结构尺寸的限制及复杂工况下的运行条件。因此，除了要求驱动电机效率高、重量轻、尺寸小、功率密度大、扭矩密度大、可靠性高以及成本低以外，还必须能够满足汽车的 频繁启动、停车、爬坡、急加速、急减速和倒车等复杂工况要求。这就要求驱动电机还需要 具备宽广的调速范围和较大的过载能力，以满足低速时高启动扭矩和爬坡能力，高速巡航时 恒功率输出能力。同时为进一步提高的续驶里程，还要求驱动电机具有能量回收功能，即在 车辆减速或者制动时将车辆的部分动能回收，转化为电能存储到动力电池中。 综合上述要求及特点，目前比较常见的可作为驱动的电机主要有四种：直流有刷电机、交 流异步感应电机、开关磁阻电机、永磁同步电机。 1.1直流有刷电机 直流有刷电机因控制简单、生产技术成熟在发展早期得到了广泛的采用。但因其结构上存 在电刷和换向器而限制了电机的转速和过载能力，同时其运转时会产生火花，可靠性较差， 需要经常维护保养，目前在驱动系统中已经被淘汰。 1.2交流异步感应电机 交流异步感应电机与直流电机相比，效率高、功率大、结构简单，无电刷和换向器，可靠 性高、便于维护。但与永磁电机相比，其存在损耗大、功率密度低、发热量大、功率因数低 等缺陷，在中的应用也逐渐被永磁电机所取代。 1.3开关磁阻电机 开关磁阻电机是近年来新研发的一种电机，具有结构简单、运行效率高、易于散热、耐高 温以及维护方便等显著特点，能够较好地满足的需求。但其扭矩脉动严重，电机运行噪声大，与永磁同步电机相比效率和功率密度均偏低，限制了其在中的应用。 1.4永磁同步电机 永磁同步电机采用永磁体直接励磁，具有体积小、无励磁损耗、效率和功率密度高、功率 因数高、转矩脉动小、振动和噪声小、可靠性高以及维护成本低等优点，已经逐渐取代其他 类型的电机作为的首选。但永磁材料在高温、振动以及过流的条件下，会产生不可逆的退磁 现象，这会降低永磁电机的性能。因此还需通过技术、工艺等方面的研究来提升永磁同步电 机的性能水平。
步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。随着电子科学技术的发展，步进电机的应用越来越广泛。 微型步进电机在选择减速电机时要看下驱动IC的角度看步进电机，微型步进电机是由微型电机和步进电机的统称。那么，下面由维科特简单介绍微型步进电机的驱动系统： 微型同步电机检波：微型同步电机压降会造成芯片内部很大功耗，在反向电流泄放路径，都要经过两个肖特基二极管，打开肖特基二极管并联的MOS管，通过在反向放电时，可以使电流走MOS管旁路，以便能够减小芯片功耗。 单双无型极性电机的区分单极性电机，由单极性IC驱动。其一端接Vcc，输出力矩降至full step的9.8%，另一端由IC控制连接或断开微步驱动，会造成每步输出力矩下降细分为1/16时，1/32时，降至4.91%，到1/128时，降至1.23%。微型步进电机驱动的最大好处就是共振低，噪声小。
微型电机衰减模式：由于电机为感性负载，会引入反生电动势，在快速通断时时，必须考虑其泄放途径。有两种基本衰减模式：一种快速衰减：方法是先关闭source、sink极，接着线组对负电机电源放电。另一种慢速衰减：只source极关闭，绕组短路放电。为使电机驱动电流更加理想化，一般电机驱动IC，都使用混合衰减模式：先快速衰减，再慢速衰减，而且可以调整快速衰减→慢速衰减的切换时间点，以达到波形更精细的控制。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以提