【正文】 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 1 頁(yè) 第 4章 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ? 概述 ? 直流電動(dòng)機(jī) ? 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) ? 異步電動(dòng)機(jī) ? 永磁同步電動(dòng)機(jī) ? 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) ? 輪轂電機(jī) 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 2 頁(yè) 概述 ? 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與類型 ? 電動(dòng)機(jī)的額定指標(biāo) ? 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 ? 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 3 頁(yè) 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與類型 ?1．電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成 ?電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、控制器、各種檢測(cè)傳感器和電源（蓄電池）組成，其任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能，或者將車(chē)輪的動(dòng)能反饋到蓄電池中。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 4 頁(yè) 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與類型 ?2．電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型 ?電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按所選電動(dòng)機(jī)的類型可分為 : ?(1)直流電動(dòng)機(jī) 。 ?(2)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 。 ?(3)異步電動(dòng)機(jī) 。 ?(4)永磁同步電動(dòng)機(jī) 。 ?(5)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 5 頁(yè) 電動(dòng)機(jī)的額定指標(biāo) ?(1) 額定功率。額定功率是指額定運(yùn)行情況下軸端輸出的機(jī)械功率 (W或 kW)。 ?(2) 額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓 (V)。 ?(3) 額定電流。額定電流是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行 (額定電壓、額定輸出功率 )情況下電樞繞組 (或定子繞組 )的線電流 (A)。 ?(4) 額定頻率。額定頻率是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下電樞 (或定子側(cè) )的頻率 (Hz)。 ?(5) 額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行 (額定電壓、額定頻率、額定輸出功率 )的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 (r/min)。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 6 頁(yè) 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 ?電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中，經(jīng)常頻繁地啟動(dòng) /停車(chē)、加速 /減速等，這就要求電動(dòng)汽車(chē)中的電動(dòng)機(jī)比一般工業(yè)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)性能更高，基本要求如下： ? (1) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性要滿足電動(dòng)汽車(chē)的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車(chē)起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足電動(dòng)汽車(chē)在平坦的路面能夠高速行駛的要求； ?(2) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、帶負(fù)載啟動(dòng)性能好、過(guò)載能力強(qiáng)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)； ?(3) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程； 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 7 頁(yè) 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 ?(4) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車(chē)減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動(dòng)汽車(chē)具有最佳能量的利用率； (5) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作； (6) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的 1/2~1/3； ?(7) 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單堅(jiān)固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護(hù)； ?(8) 價(jià)格便宜，從而能夠減少整體電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格，提高性價(jià)比； ?(9) 運(yùn)行時(shí)噪聲低，減少污染。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 8 頁(yè) 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ?（ 1） 電機(jī)的功率密度不斷提高 ， 永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 。 ?（ 2） 電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷提高 ， 回饋制動(dòng)的高效區(qū)不斷拓寬 。 ?（ 3） 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢(shì)更加明顯 。 ?（ 4） 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加 。 ?（ 5） 車(chē)用電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大 。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 9 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī) ? 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ? 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) ? 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ? 直流電動(dòng)機(jī)的控制 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 10 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ?直流電動(dòng)機(jī)分為繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)和永磁式直流電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)汽車(chē)所采用的直流電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是永磁式直流電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)采用的是繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)。 ?繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式、并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式四種類型。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 11 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ?1．他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī) ?他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)連接關(guān)系，而由其它直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動(dòng)機(jī)也可看作他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。 ?他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中勵(lì)磁磁場(chǎng)穩(wěn)定而且容易控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的再生制動(dòng)要求。但當(dāng)采用永磁激勵(lì)時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)效率高，重量和體積較小，但由于勵(lì)磁磁場(chǎng)固定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不理想，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不了足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)滿足電動(dòng)汽車(chē)起動(dòng)和加速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 12 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ?2．并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) ?并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)基本相同。并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過(guò)它的勵(lì)磁電流較小。 ?3．串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) ?串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 13 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ?4．復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) ?復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，電動(dòng)機(jī)的磁通由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。 ?復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的永磁勵(lì)磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運(yùn)行效率高。由于電動(dòng)機(jī)永磁勵(lì)磁部分有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，因此用該類電動(dòng)機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)易實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)功能。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)增加了增磁繞組，通過(guò)控制勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流或勵(lì)磁磁場(chǎng)的大小，能克服純永磁他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生足夠的輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)滿足電動(dòng)汽車(chē)低速或爬坡時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求，而電動(dòng)機(jī)的重量或體積比串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的小。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 14 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的分類 ?各種勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的電路如圖所示。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 15 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) ?1．直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) ?直流電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 16 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) ?2．直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ?(1) 調(diào)速性能好。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。 ?(2) 起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車(chē)、電車(chē)等，都可用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 ?(3) 控制比較簡(jiǎn)單。一般用斬波器控制，它具有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 ?(4) 有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進(jìn)行定期維護(hù)或更換。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 17 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ?直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖所示 。 圖中 ， 定子有一對(duì) N、 S極 ，電樞繞組的末端分別接到兩個(gè)換向片上 ， 正 、 負(fù)電刷 A和 B分別與兩個(gè)換向片接觸 。 河北科技大學(xué) 車(chē)輛工程 第 18 頁(yè) 直流電動(dòng)機(jī)的控制 ?直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要有電樞調(diào)壓控制、磁場(chǎng)控制和電樞回路電阻控制。 ?電樞調(diào)壓控制是指通過(guò)改變電樞的端電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制只適合電動(dòng)機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實(shí)現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比一般可達(dá) 1:10，如果與磁場(chǎng)控制配合使用，調(diào)速比可達(dá) 1:30。電樞調(diào)壓控制的調(diào)速過(guò)程：當(dāng)磁通保持不變時(shí)，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì)也暫時(shí)不變化，由于電樞電流減小了，轉(zhuǎn)矩也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，反電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流和轉(zhuǎn)矩就隨著增大，直到轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較