第５期（总第１７４期）
２０１２年１０月机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５
Ｏｃｔ．
文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１４５－０
汪 洋，李优新，黎 勉，刘诗敏
（广东工业大学，广东 广州 ５１０００６
）摘要：针对电动汽车对电机驱动系统具有较高转速、转矩特性的要求，设计出了基于混合励磁电机的电动汽车驱动系统。分析了混合励磁电机的优势并在此基础上提出了相应的控制策略，着重介绍了系统的硬、软件实现方案。整个电动汽车电机驱动系统采用转速、电流双闭环控制，以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２型ＤＳＰ作为核心控制器件，包括主电路功率模块、系统安全保护模块、ＣＡＮ通信模块等部分，
最后通过实验验证了系统的可行性与优越性。关键词：电动汽车；混合励磁；控制策略；数字驱动中图分类号：ＴＭ３３１∶ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
收稿日期：２０１２－０４－２３；修回日期：２０１２－０５－１
２作者简介：汪洋（１９８７－）
，男，湖南常德人，在读硕士研究生，主要研究方向新能源电动汽车电机驱动控制。０ 引言
永磁电机是目前电动汽车最常用的驱动电机，但调磁困难、恒功率调速范围窄等固有缺陷限制了其在电动汽车上的广泛应用，在这种背景下“混合励磁”思想应运而生。新型的混合励磁电机合理地改变了永磁电机的结构，在电机定子上附加电励磁绕组，这样可以通过控制电励磁绕组中励磁电流的大小和方向来调节气隙磁场。本文针对一台８极混合励磁电机设计了相
应的驱动系统，
通过实验分析证明了混合励磁电机与同等级的永磁同步电机相比，
其调速范围和峰值电磁力矩大大增加，较好地解决了调磁困难的问题。１ 电机本体结构及基本原理
传统永磁电机一般采用矢量控制技术进行弱磁，但由于固有磁阻较大，弱磁效果并不理想。本系统所选用混合励磁无刷直流电机本质上并不是一种新类型
电机，
它仍属于永磁同步电机的范畴，只是在其基础上进行了合理的改变。混合励磁电机样机截面图如图１所示，电机定子上装有普通定子电枢绕组和附加励磁
绕组两套线圈，
附加励磁绕组沿圆周方向安装并与电枢绕组正交；转子包括相间安装的表贴式永磁极和铁
磁材料组成的调磁极。这样，
电机的气隙磁场就是永磁体和附加励磁电流共同作用的结果。
由混合励磁电机结构图可知，其空载磁链可表示为：
ψＫ＝ψＰＭ＋ψ
Ｌ。（１）……………………………其中：ψＬ为励磁电流ｉｆ所产生的磁链；ψ
ＰＭ为永磁磁链。结合式（１
）可得到混合励磁电机在带载情况下，每相绕组对应的磁链：
ψ＝ψＫ＋ψ
ｍ。（２）………………………………其中：ψｍ为每相电枢反应磁链，ψ
ｍ＝Ｌｍｉｍ，ｉｍ、Ｌｍ分别为每相电枢电流和自感。进一步分析可近似得到混合励磁电机带载时每相的端电压平衡方程和输出转矩为：Ｕ＝ｉｍ
Ｒ＋Ｅ≈Ｅ＝ｄψｄｔ＝ωｄψｄθ。（３）……………Ｔ＝ＴＰＭ＋Ｔｆ＝ｉｍｄψＰＭｄθ＋ｉｍｉｆｄＬｍｆｄθ
。（４）……其中：Ｒ为每相等效电阻；Ｅ为反电势；ω为电机角速度；ＴＰＭ为永磁转矩；Ｔｆ为
附加励磁转矩；θ为电机的角位移；Ｌｍｆ为每相电枢绕组与励磁绕组的互感。
由以上分析可知，混合励磁电机驱动系统可以通
过控制励磁电流来影响电机内部磁链，
从而能达到最终控制转速和转矩的目的
。
图１ 混合励磁电机样机截面图
２ 电机工作区间的划分及调速系统控制策略
普通的永磁同步电机应用在电动汽车中主要存在两大限制：①输出转矩的限制，若电动汽车在低速爬坡过程中电机发生过载，就需要通过增加电枢电流来提
高电机的输出转矩，
但长时间的过载电流易损坏电机，且驱动器容量也有限制，所以一味地增加电枢电流不
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