，一－、【研究与开发
电动汽车驱动电机与控制方法
王正键
（广东交通职业枝术学院．广东广州５１０６５０）
摘要：探讨采磁无刷交流同岳电机与开关瞄阻ｌ乜机满足电动汽车不同Ｊ况的控制方甚，为电动汽牟驱动ｌＵ机的研究与设计提供参考、关奠词：电动汽车；驱动电机；转矩中田分类号：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ａ文章编号：１００９—９４９２（２００１）０５一（ｍ２—０３
电动汽车驱动电机要具备低阻高效、凋速变矩性能好、过载能力强、质量轻、尺寸小、安全可靠、耐高温和能源回收等方面的要求。以往电动汽车采用直流电机做驱动电机，由于直流电机在结构上存在一些难以克服的缺点，制约了电动汽车技术性能的提高。随着材料、电机与控制技术的发展，国外一些电动汽车驱动电机采用永磁无刷三相交流同步电机或开关磁阻电机及其控制技术，而国内对这两种新型电机凋速系统的研究与应用也取得了一定的进展。１永磁无刷三相交流同步电机及控制方法１．１永磁无刷三相交流电机的简介永磁无刷三相交流同步电机的运行原理与励磁交流同步电机相同，但它以钕铁硼、钐钻合金等稀土的永磁体提供磁通替代励磁，使电机结构较为简单，而且效率高、可靠性好，因此是近年来在各领域得到越来越广泛应用的一种电机。水磁无刷三相交流同步电机的感应电动势波形和供电电流波形均为正弦波，在稳态下浚电机的电动势、转矩是不随转速而变的，这表明它的机械特性很硬，所以其机械特性必须经调控后，方可满足电动汽车的要求。１．２永磁无刷交流同步电机的控制方法按电动汽车对驱动电机的特性要求．电机转速从零到一定转速（基速）即电动汽车起步时，电机应具有最大转矩。在超过基速直到最高转速时，要电机应达到恒定最大功率。永磁无刷同步电机的励磁磁动势由永磁体产生而无法调节，但可通过矢量控制方法调节定子电流来“弱化”永磁磁场的强度，以达到对永磁无刷同步电机进行
收稿日期：２００ｌ一０４【１２控制的目的。矢量控制实际上是对电机定子电流矢量相位和幅值的控制。永磁无刷交流同步电机即正弦波永磁同步电机空间矢量图如图ｌ所示：
图ｌ水磁同步电机空ｌ司正丛【冬｜忽略电机铁芯的饱和、涡流、磁滞损耗，对称ｉ相正弦波电机电压、磁链和电磁转矩方程为”：峥警一呻。碣如
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山产Ｌｉ—Ｌ毒ｆ帆＝Ｌ五ｔｉＰ。仲Ｉ。—斗乒０＝‰ｌＬ柑予ｉ一（Ｌ厂￡０ｂｉ。１式中：ｕ——电压；卜＿电流；叩——磁链；ｄ、口——下标，分别表示定子的ｄ、ｑ轴分量：Ｌｍ￡。——定、转子间的ｄ、ｑ轴互电感；厶、￡。——定子绕组的ｄ、ｑ轴电感；ｉ厂永磁体的等效励磁电流；
’ｌ，厂永磁体产生的磁链：
万方数据，，Ｊ——转矩；月，——每相绕组电阻只一一为电机极对数。（１）住基速以下最大转矩运行（即起动）时，定子电流欠量ｉ；位于ｑ轴（即ｉ＝ｉ。），无ｄ轴分量（即ｉ＝０），此时定子电流全部用来产生转矩，电机的电压与转矩方程为：ⅡＦ一∞＾。ｉ。“。＝尺Ｊｉ；＋Ｌ口ｉ，＋∞叩，￡＝只ｑ■、从以卜式子町以看出，只要ｊ日位置传感器准确地榆测出转子ｄ轴空问位置，通过控制逆变器使三电流台成基波磁通势ｔ（等效定亍电流ｋ矢量）位于ｑ轴上，那么水磁同步电机的电磁转矩孰只与定子电流ｉ，的大小成正比，即控制定子电流ｉ，的大小，就能控制电磁转矩。若保持定子电流就ａＩ获得恒转矩；若㈦等于逆变器所能输出的电流ｌ…ｌｕＩ小于或等于逆变器所能输出的电压ｕ…就可得到电机恒定最大转矩。（２）在基速以上恒功率运行时，采用定子弱磁控制方法，此时ｉ的分量‘与哪矢量方向相反．起去磁作用。所以，当电机转速超过基速时，只要向电机输入ｄ轴电流ｉ就能控制电磁转矩。当电机运行于某一转速‘１）时，弱磁控市寸电流矢量ｉ由Ｆ式得出：讧一岂＋￣／ｃ零
式中：ｐ为电阻率。肖电机端电压和电流达到最大值，电流伞部为直轴电流分量（即ｉ，＝屯，ｉ。＝Ｏ）时电机可达到最高转速、（３）当电机在某转速下最大输出功率时，定子直、交轴电流矢量如、ｉ。由下式算出：ｉＦ一竽＋出ｄｉ。＝堂型掣：
，式中：
当ｐ≠１时，△‘ｒ———１—————————１————Ｔ！业二型！！业！：！！尘二！！：垒［４（ｐ一１）￡ｄ当ｐ＝ｌ时，△ｌｄ＝０。／．’、研究与开发Ｊ
｜主｜２水磁无刷＝相交流同步电机矢量拧制系统框豳２开关磁阻电机与控制方法２．１开关磁阻电机的简介开关磁阻电机作为一种新型漏速电机，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。史¨图３所示为网枷的开关磁阻电机１“。图４表示导通顺序Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ时定转子工作情况。图４ａ表示Ｖ，导通，Ａ丰ｕ绕组通电，而其余的三相绕组断电，因之转子磁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．Ｉ’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ｖ，，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ｖ：、Ｖ，、ｖ。通、断，使Ｂ、ｃ、Ｉ）相绕组顺序的通与断，使转于受同一方向转矩作川，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。
图３四捐丌关磁阳电机与驱动器的原理图
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图４丌关礁阻电机定转子Ｔ怍罔
万方数据，一－、【研究与开发
绕组端电压ｕ、电流ｉ、转矩ｔ度磁链屯方程为”：赳署“ｍ等
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ｍ一“（ｅ一吒）Ｖ一‘１）２．２开关磁阻电机控制方法开关磁阻电机控制对象是转矩和转速。而对转矩和转速的控制是通过转子转角（电机转角０、电流开通角０。和关断角％）、绕组电流ｉ，大小和波彤以及电源电压“等的调节来实现的。开关磁阻电机做为电动汽车的驱动电机，其控制方法如下：（１）电机由静止开始起动时，由于转速为零，绕组中旋转电势也为零，绕组电流仅为电阻和自感所限．其上升率很快，必须加以限幅，以保护主开关管。因此起动时，通常是采用０一％不变，而通过电流斩波控制能有效地控制绕组电流上幅值和下幅值，便于调节起动转矩和转速。如圈５所示在０＝０。时，功率电路开关元件接通（相导通），绕组电流ｉ从零开始上升到峰值打时，使绕组电流断电（斩波关断），绕组承受反压电流经时间Ｅ下降后，对绕组重新通电（斩波导通），如此反复通电断电，形成斩波电流波，直至０＝０ｍ时寅时相关断，电流衰减至零。在起动时，需要最大转矩，由转矩计算公式看出，ｒ与ｉ的平方成止比，而ｉ的增长与电感Ｌ的变化有关，选择０。
图５电流斩波Ｉ作＾式０
图６电机工作的相电流解析和％能使电流波形的主要部分置于电感Ｌ的｝升段（电机制动时在选择下降段），由图６可以看出在电感￡上升段的时间是Ｏ～ｋ。Ｏ～“内．由于电感小，电流Ｅ升速率快，其解析式为ｉ＝Ⅲ儿。；在￡、～ｋ内．Ｌ不断增加，电流不能直线上升，其解析式为：扛——万堕——Ｌ。＋鼍｝（Ｈ】）∞
在￡．～￡：的时间段，电流；将产生电动转矩。（２）电动汽车在基速以上运行时，要求驱动电机输出功率恒定，可采用角度位置控制方法。从电流表达式：ｉ项０）“／∞可以知道，减少Ｏ。，电流幅值随之增大，调节０ｍ可以改变电流波形宽度，电流有效值也随之变化，但％对转矩转速的影响比０。小。凋节后电流波形主要部分与电感波形的相对位置，仍与卜述要求相同，便可控制电磁转矩，当电动汽车负荷一定时，改变驱动电机转矩就可以改变转速，从而保持驱动电机输出功率的恒定。在计算时从电磁转矩公式求解电流、磁链及转角位置的关系曲线，据此，可以得ｍｉ～、、Ｉ，～、Ｏ。０。等参数。在实际上．上述汁算参数存在偏篇，这只能通过实验进行修正。实践证明，ｅ．。应等于定子励磁极与转子磁极半重巷的位置。（３）在高速运行时０。、％均崮定不变的情况下，此刚丌关磁组电机表现出自然ｉ下转＊３９Ⅲ）
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万方数据件）组成，这些元件都要按接线圈严格安装、调试．最初我们不是用ＰＬＣ，而是用中间继电器线路，而行程开关是采用机械开关，经过耐久性试验，发现这些元器件的寿命达不到要求，另外继电器与继电器座的联接也经常出现故障。现在我们是采用进口的ＰＬＣ，并用元触点接近开关作为行程开关，这样，整个电器系统町以保证在１ｏ（）万次无故障使用，并且具有较强的抗干扰性能。②机械部分的安装、调试把加工好的零部件按装配图的要求进行装配。要对每条导轨的精度、间隙进行测试，合格的才能进行安装：工件的“Ｖ型支承轴承”安装在一条导轨上，而车刀则安装在另一条导轨（主导轨）上，这两条导轨必须完全平行，不然加ｒ出来的零件将出现锥度。两导轨不平行时可进行凋整，并用专业的Ｊ：具测量。确保两导轨平行后，导轨与底板打上销钉定位．车刀进给气缸的行程只有５ｍｍ，但我们还要对它进行限位，即让气缸只走２～３ｍｍ便停下来，这样才能保证每次加工出来的工件尺寸的一致性。⑧气路气动元件的安装严格按照气路图正确连接气管、气动元件，／一’、研究与开发Ｊ
连接后要柃查是否漏气，如有漏气则应进行处理。卜－述调整试制工作完毕后，便可通电、通气，进行整机空载试验。在整机动作程序正确后，便可进行试车，并按广东省企业产品标准《ｃＤ２７０／２００型转子整流子精车机》为依据进行ｍ厂检验，确保产品质量符合标准要求。３使用效果ＣＤｚ７０／２００型电机转子整流子精车矾采川变频调速系统，实现进给的无级调速，速度稳定：电气控制系统采用ＰＬＣ全自动控制方式，自动化程度高，工作稳定可靠。它的研制成功和低廉的价格，使我国微电机生产不再依赖国外进口的设备，节约大量外汇，并创造良好的经济效益。参考文献：ｆ】Ｊ是智恒，方少强，周锦莽等ＨＹ丁Ｆ一７型电机蚌子自动潦齄机的研制叽，机械开发、Ｌ９９７，（１）：”～１９【２Ｊ是智恒高精度捷向嚣走端面的切削加工【刀机械开盘，１９９７．（２）：５８—６０．
第一作者简介：粱志锋，男，１９４６年牛，广东吴川凡，大学本科，高级工程师．广东省机械研究所所长燕总工程师、中国机械上业号家及广东省有突出贡献专家、国务院特殊滓贴享受者。研究领域：光机电一体化技术。已发表论文６篇。曾获省部缓科技进步二等奖３项，三等奖４项。涮℃咿≯ｊ’ｄ口’渺沪斛渺≯ｎｐ｛’牡渺渺ｄｊ’潮’ｄ口ｄｏ渺拶删一’≯｛’￥ｏ渺蛐舻＃”ｐｉ’０口渺秽帮删＃ｉ坩９婶掣渺鼬２班。≯ｉ’ｐｊ珞。渺制辩’
ｆ上接第３４页）特性与串励直流的特性相似。因此可通过调压方法来实现调速。开关磁阻电机控制框图见图７。３结束语
图７丹关磁阻电机控制榧图永磁无刷交流电机采用矢量弱磁控制方法．已在国外有的电动汽车上采用，直¨口本丰田电动汽车ＲＡＶ４Ｅｖ，除此之外还可采用软件控制方法。而开关磁阻电机在最大转矩区、恒功率区及高速运行区分别采用电流斩波控制、角度控制及凋压控制的方法，便可满足作为电动汽车起动、加速，负荷等不同工况的要求。参考文献：【ｌｌ唐任远等现代永磁电机理砖与设计［Ｍ］北京；机械工业出版杜．１９９７【２ｌ王李秩，由家骐执行电动机［Ｍ］北京：机械工业出版社，１９９７．【３】胡崇岳，现代曼漉调速技术（Ｍ］北京：机械工业出版社，２ｆＸＸ）
作者简介：王正键．男，１９５６年哇．福建莆田人，大学本科，扁
缎讲师，研究领域：汽车技术，已发表论史７篇。
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