【正文】 同時(shí)，輪轂電機(jī)將承受很大的路面沖擊載荷，電機(jī)抗振要求苛刻； ? （ 4）汽車大負(fù)荷低速爬長(zhǎng)坡工況下容易出現(xiàn)冷卻不足導(dǎo)致的輪轂電機(jī)過熱燒毀問題，電機(jī)的散熱和強(qiáng)制冷卻問題需要重視； ? （ 5）車輪部位水和污物等容易集存，導(dǎo)致電機(jī)的腐蝕破壞，壽命可靠性受影響； ? （ 6）輪轂電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)可能會(huì)引起汽車輪胎、懸架以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，以及其他整車聲振問題。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 78 頁(yè) 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) ? （ 3）容易實(shí)現(xiàn)各電動(dòng)輪的電氣制動(dòng)、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)和制動(dòng)能量回饋，還能對(duì)整車能源的高效利用，實(shí)施最優(yōu)化控制和管理，節(jié)約能源。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 77 頁(yè) 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種新興的電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，其布置非常靈活，可以根據(jù)汽車驅(qū)動(dòng)方式分別布置在電動(dòng)汽車的兩前輪、兩后輪或四個(gè)車輪的輪轂中。其主要優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)體積小，質(zhì)量輕，成本低，系統(tǒng)傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，既有利于整車結(jié)構(gòu)布置和車身設(shè)計(jì)，也便于改型設(shè)計(jì)。 ? 輪轂電機(jī)的電機(jī)類型主要分為永磁、感應(yīng)、開關(guān)磁阻式。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 72 頁(yè) 輪轂電機(jī) ? 輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)形式 ? 輪轂電機(jī)應(yīng)用類型 ? 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式 ? 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 73 頁(yè) 輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)形式 ? 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器與散熱系統(tǒng)等組成。 ? 在實(shí)際的 SRD運(yùn)用中，也可以采用多種控制方式相組合的方法。單管方式中，連接在每相繞組中的上、下橋臂的兩個(gè)開關(guān)管只有一個(gè)處于斬波狀態(tài)，另一個(gè)一直導(dǎo)通。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 69 頁(yè) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制 ? (VC) ? VC方式是保持開通角、關(guān)斷角不變的前提下，使功率開關(guān)器件工作在脈沖寬度調(diào)制 (PWM)方式。電流斬波控制一般不會(huì)對(duì)開通、關(guān)斷角進(jìn)行控制，它將直接選擇在每相的特定導(dǎo)通位置對(duì)電流進(jìn)行斬波控制。 ? 角度位置控制的優(yōu)點(diǎn)在于：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的范圍寬；可同時(shí)多相通電，以增加電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)減小了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；通過角度的優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。故一般采用固定關(guān)斷角、改變開通角的控制方式。 ? 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較大，則此時(shí)電流上升率下降，各相的主開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組的相電流不易上升，電流相對(duì)較小，便于使用角度位置控制方式。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 64 頁(yè) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)工作原理與運(yùn)行特性 ? 1．開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理 ? 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖所示。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組，也不加永久磁鐵，定子為集中繞組，永磁電動(dòng)機(jī)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都簡(jiǎn)單，制造和維護(hù)方便；它的功率變換器比較簡(jiǎn)單，主開關(guān)元件數(shù)較少，電子器件少； ? (3) 損耗小，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。目前應(yīng)用較多的是四相 8/6極結(jié)構(gòu)和三相 6/4極結(jié)構(gòu)。定子極上繞有集中繞組，把沿徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)成一個(gè)兩級(jí)磁極，稱為“一相”；轉(zhuǎn)子既無繞組又無永磁體，僅由硅鋼片疊成。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 59 頁(yè) ? 4．智能控制 ? 為了提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制性能和控制精度，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等開始應(yīng)用于同步電動(dòng)機(jī)的控制。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率嚴(yán)格同步，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差恒等于零，沒有轉(zhuǎn)差功率，控制效果受轉(zhuǎn)子參數(shù)影響小。通常只用于對(duì)調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。按照這種控制策略進(jìn)行控制，使供電電壓的基波幅值隨著速度指令成比例的線性增長(zhǎng)，從而保持定子磁通的近似恒定。 ? 永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速始終保持同步速不變，因此，其機(jī)械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。 ? 對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析時(shí)，需要采用雙反應(yīng)理論，即需要把電樞電流和電樞電動(dòng)勢(shì)分解成交軸和直軸兩個(gè)分量。比較典型的是在豐田 Prius混聯(lián)式混合動(dòng)力轎車上的應(yīng)用。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動(dòng)機(jī)來，體積和重量都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在許多特殊場(chǎng)合； ? (7) 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種，如圖所示。 ? 永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一樣，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。 ? ④直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 42 頁(yè) 異步電動(dòng)機(jī)的控制 ? (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) ? ① 直接轉(zhuǎn)矩控制所需要的信號(hào)處理工作特別簡(jiǎn)單，所用的控制信號(hào)使觀察者對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。該方法對(duì)逆變器開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)低速性能也有較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和磁鏈的畸變，以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。它不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是通過控制 PWM型逆變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸入電壓，改變磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性。 轉(zhuǎn)速精度約等于 %， 轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快 。異步電動(dòng)機(jī)矢量控制是基于磁場(chǎng)定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復(fù)雜，常用的控制策略有以下 4種。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 38 頁(yè) 異步電動(dòng)機(jī)的控制 ? 1．異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制 ? 矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控制方法。 ? 由于電源頻率不變，所以同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成比例變化，但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變。一般通過負(fù)載試驗(yàn)來測(cè)取。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)生，電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。 ? 異步電動(dòng)機(jī)的局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場(chǎng)合，不如直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 32 頁(yè) 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) ? 2．異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ? 異步電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其它電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，重量輕，成本低。 為此 ， 國(guó)內(nèi)外的研究人員在這方面作了大量的研究工作 ， 提出了多種轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法 ， 大多是利用檢測(cè)定子電壓 、 電流等容易獲取的物理量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估算 。無刷直流電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳感器有霍爾元件位置傳感器、磁敏晶體管位置傳感器、光電式位置傳感器等。 它是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開關(guān)器件 ， 使電樞繞組依次饋電 ， 從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ， 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 。 河北科技大學(xué) 車輛工程 第 24 頁(yè) 無刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) ?無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖。 ? (2) 電子換相器。因此，它們具有同步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性。這類電動(dòng)機(jī)由直流電源供電，借助位置傳感器來檢測(cè)主轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測(cè)出的信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的電子換相線路以實(shí)現(xiàn)無接觸式換相。 這種控制方法的機(jī)械特性較軟 ， 而且電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定 ， 一般很少應(yīng)用 。由于電樞電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩也就增加。當(dāng)電樞電流不變時(shí)，具有恒功率調(diào)速特性。電樞調(diào)壓控制的調(diào)速過程：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。 河北科技大學(xué) 車輛工程 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。 ?(4) 有易損件。 ?(2) 起動(dòng)力矩大。 河北科技大學(xué) 車輛工程 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。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。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。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)矩來滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和加速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求。 河北科技大學(xué) 車輛工程 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連接關(guān)系，