(接上期)
一、概述
(1)体积小、重量轻。采用铝合金电机外壳，电机控制器和冷却系统重量轻。 (2)电压高。高电压可以减小电机和导线的尺寸和重量，降低逆变器成本。
(3)转矩特性优良。满足汽车频繁起步、停车、加速、减速、低速大转矩爬坡、高速小转矩恒定功率等行驶工况。
(4)调速范围宽。宽的调速范围能够高速行驶，通常只设一级减速器或者不设减速器(例如特斯拉)。
(5)能量回收。减速和制动时对电池回馈能量，增加电动汽车的行驶里程。
(6)安全性高。电气安全性高、耐高温、耐潮湿、低噪声、低故障率。
2.驱动系统类型
(1)集中驱动系统
集中驱动系统也称集成集中驱动系统，如图1所示，包括电机、减速器和差速器，有些车型还集成电机控制器。电动乘用车一般将集中驱动系统安装在前机舱，电动大客车、货车将集中驱动系统安装在后桥。(2)分布驱动系统
分布驱动系统与集中驱动系统相比，具有结构紧凑、质量小、机件简化、传动效率高等优点，从而提高电动车的动力性，增加续驶里程。该系统省去差速器、半轴，驱动桥的每侧电机分别驱动每侧车轮，在车辆曲线行驶时两侧电机以不同转速工作。四轮驱动车辆每个车轮安装一个电机，但是对4个电机转速要求控制精度高。该系统尽量降低电机质量，轮下质量降低可以获得良好的乘坐舒适性。分布驱动系统有轮边电机、轮毂电机两种类型。
◆文/北京 李玉茂
纯电动汽车学习入门(七)
——驱动电机系统(上)
①轮边电机，又分为两种型式，一种是电机轴线与车轮轴线不重合，两个轴线之间是减速齿轮；另一种是电机轴线与车轮轴线重合，采用行星齿轮减速机构。
②轮毂电机，将电机集成在轮毂上，电机轴线与车轮轴线重合，采用内转子的带有减速机构，采用外转子的不带有减速机构。轮毂电机可以改善电机与独立悬架在有限空间内的布置困难问题，与轮边电机相比可降低空气阻力、提高通过性。
3.驱动电机类型
(1)直流电机
直流电机又分为他励式直流电机、并励式直流电机、串励式直流电机、复励式直流电机。优点是结构简单、技术成熟、控制容易，主要用于电动自行车、老年代步车、电动叉车、低速电动车等。缺点是耗电高、效率低，不适合电动汽车。
1-减速器；2-电机；3-冷却水管；4-差速器。
图1 集中驱动系统
(2)永磁同步电机
永磁同步电机又分为交流永磁同步电机和直流永磁同步电机，电动汽车采用交流永磁同步电机。该电机采用永磁体励磁，不采用线圈励磁，优点是效率高、控制精度高、转矩大和平稳、低噪声。
交流永磁同步电机主要由铝合金外壳、定子组件(硅钢片铁芯、三相线圈，通入三相交流电后产生旋转磁场)、转子组件(转子轴、硅钢片铁芯、永久磁铁)、前端盖、后端盖、温度传感器、旋变传感器、接线盒、安装支架等组成。
转子是励磁组件，又分为两种：①嵌入式永磁铁芯，在转子的硅钢片中镶嵌永久磁铁，硅钢片用来固定磁铁并具有良好导磁性，没有剩磁、电阻大；硅钢片一片片叠集，使得内部环形电流小、产生的热量低；②凸装式永磁铁芯，磁铁高于硅钢片，磁铁两侧没有支撑，在圆周方向固定作用差。
(3)交流异步电机
交流异步电机又称作交流感应电机，转子转速低于定子旋转磁场的转速，所以称为异步。优点是结构简单、制造成本低、整体坚固、维修方便，当逆变器损坏时电机不会产生反电动势而出现汽车紧急制动；缺点是重量大、体积大。特斯拉电动汽车采用交流异步电机，该车以高能量密度的18650电池弥补电机重量大的缺点。
交流异步电机主要由铝合金外壳、定子组件(硅钢片铁芯、三相线圈，通入三相交流电后产生旋转磁场)、转子组件(转子轴、硅钢片铁芯、铝条或铜条制成的鼠笼)、前端盖、后端盖等组成。(4)开关磁阻电机
开关磁阻电机是高性能一体化系统，优点是调速范围宽、制造维护方便；缺点是设计和控制复杂、噪声大，目前采用较少。
开关磁阻电机主要由开关励磁电机、功率转换器、传感器、控制器组成，控制器按顺序给励磁线圈通电，有点像步进电机，不同的是磁力线经过转子凸极铁芯(因为铁芯磁阻小)走最短的路径。
4.驱动电机工作条件
①输入电机控制器的高压电正常；
②电机控制器正常；
③电机控制器与VCU的CAN通信正常；
④旋变传感器信号正常；
⑤电机温度传感器信号正常。
二、驱动电机系统
1.驱动电机系统组成
驱动电机系统由驱动电机、电机控制器、冷却系统组成，如图2所示。
电机控制器与电机集成，可省去两者之间的三相高压交流线束。电机控制器与高压盒、充电机、DC-DC集成称作PEU，可省去相互间的高压直流线束。电机与减速器、差速器集成，称作驱动总成。
VCU(整车控制单元)根据加速踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、挡位传感器等信号，通过CAN总线向电机控制器发送命令，实时调节电机的输出转矩和转速，以实现爬行、加速、匀速、减速、能量回收、停车等。
电机控制器对IGBT温度、电机温度、转子位置实时监测，将信息发给VCU，进而控制水泵电机和散热器风扇电机运转。
冷却系统由电动水泵(12V)、水管、膨胀水壶、散热器、散热器风扇、电机控制器中的水
管、驱动电机中的水套、冷却
液、温度传感器组成，正常冷
却液工作温度是30～55℃。
2.驱动电机结构
某型号驱动电机技术参
数见表1，外观如图3所示，内
部结构如图4所示，主要零件
如图5所示。
表1 某型号电机技术参数
图2 驱动电机系统
1-驱动电机；
2-电机控制器；
3-冷却系统。
图3 电机外观
3.温度传感器
电机控制器采集电机自身运行状态的信息，包括电机温度传感器信号和旋转变压器信号，两者均安装在电机内部。温度传感器如图6所示，作用是检测电机定子绕组的温度，作为水泵和散热器风扇的控制信号，避免电机过热。
温度传感器一般采用正温度系数热敏电阻，该电阻的特点是响应更快和较小的维持电流。某车型电机温度传感器0℃电阻值
100Ω，40℃电阻值420Ω，
60℃电阻值20kΩ。早期车
辆的电机只有一个温度传感
器，后期车辆的电机最少在
两个位置装有两个温度传感
器，测量绕组和定子铁芯温
度，避免绕组因温度过高而
绝缘损坏，避免永久磁铁因
温度过高而退磁。4.旋转变压器
(1)功用
旋转变压器简称旋变，是一种电磁式传感器，又称同步分解器，功用是测量电机转子位置，经控制单元解码后可以获知电机转速。旋变具有很高的可靠性和足够高的精度，是交流永磁同步电机的首选，而一些电动代步车采用霍尔式传感器。
(2)特点
普通变压器的一次绕组、二次绕组相对固定，变压比是常数；而旋变传感器的一次绕组固定，二次绕组旋转，变压比不是常数。如图7所示，一次绕组称励磁绕组，输入固定频率的正弦交流信号；二次绕组有两个，分别是正弦绕组和余弦绕组，分别与输入电压的相位角度成正弦关系、余弦关系。正弦绕组输出的正弦信号、余弦绕组输出的余弦信号的幅值不断变化，但是与一次绕组输入的正弦信号频率一致。
图7 旋转变压器组成
(3)工作原理
旋变传感器安装在电机后端盖上，如图8所示，由外壳、定子(线
圈)、转子(信号齿圈)、插座组成，绕在定子上的二次绕组实际并不作
机械旋转。信号齿圈是导磁体，有5个磁极，随电机轴转动。励磁绕组
通入固定频率的正弦交流电后产生磁场，信号齿圈旋转，
使得磁场沿
圆周旋转，正弦绕组、余弦绕组感应出幅值变化的正弦信号、余弦信
号，电机控制器利用这两个信号感知电机转子位置和转速。
旋变插头有6个端子，分别是：励磁绕组R1、励磁绕组R2；
正弦绕组S2、正弦绕组S4；余弦绕组S1、余弦绕组S3。某车
型正弦绕组、余弦绕组的阻值为60±10Ω，励磁绕组的阻值为
30±10Ω。
图4 电机内部结构
1-前端盖；2-水套；3-后端盖；4-后轴承；5-旋转变压器；6-接线盒；
7-三相动力线；8-转子；9-定子；10-电机轴；11-后轴承。
图5 电机主要零件
1-油封；2-前端盖及吊环；3-外壳及定子组件；4-水管接头；5-转子组
件；6-后端盖；7-旋转变压器；8-接线盒盖；9-悬置支架；10-旋变盖板；
11-接线盒组件。
图6 温度传感器图8 旋转变压器
1-外壳；
2-定子；
3-线圈(励磁绕组、
正弦绕组、余弦绕
组)；
4-转子；
5-电插头。
(未完待续)
三、电机控制器
1.功能
(1)控制电机正反转，电机正转车辆前进，电机反转车辆倒车。(2)控制速度，按照驾驶员指令执行加速、匀速、减速等。(3)控制爬行，挂D挡或R挡，抬开制动踏板，不踩加速踏板，车辆缓缓行驶。
(4)能量回收，也称动能回馈，此时电动机转变为发电机。(5)通信功能，通过CAN总线与其他控制单元和网关通信。(6)故障诊断，当自诊断异常时存储故障码，同时发送给VCU。
(7)保护功能，保护电机控制器、驱动电机、动力电池不超过工作温度极限。
2.组成
某型号电机控制器技术参数见表2，外观如图9所示，上层元器件如图10所示，下层元器件如图11所示，电机控制器主要组件如图12所示。电机控制器分为低压、高压两部分，低压部分包括输入/输出接口电路、控制主板、运算器、存储器、传感器等；高压部分包括IGBT模块、驱动主板、超级电容、放电电阻、直流高压插接器、UVW插接器等。电机控制器壳体内有水道，壳体外有进、出水管接头。散
热器下方的出水管连接水泵，水泵将冷却液送入电机控制器，冷却IGBT元件，然后流入电机，再流回散热器上方的回水管。
图10 上层元器件
1-主板；2-水道；3-UVW 插接器；4-直流高压插接器。
1-IGBT；2-驱动主板。
图11 下层元器件水管温度传感器
1-屏蔽板组件；2-箱体盖板组件；3-控制主板组件；4-驱动主板组件；
5-传感器支架组件；6-箱体组件；7-UVW 插接器；8-直流高压插接器。
图12 电机控制器主要组件图9 电机控制器外观
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