目錄
前言
第一章 緒論 1
一、概述 1
二、電動汽車對驅(qū)動電機系統(tǒng)的要求 1
三、驅(qū)動電機類型 2
四、驅(qū)動電機系統(tǒng)的工作特點及工作制 4
五、驅(qū)動電機系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) 6
六、驅(qū)動電機系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 13
參考文獻(xiàn) 18
第二章 驅(qū)動電機系統(tǒng)構(gòu)型及集成技術(shù) 19
第一節(jié) 混合動力系統(tǒng)用驅(qū)動電機系統(tǒng)構(gòu)型 19
第二節(jié) 集中式驅(qū)動和分布式驅(qū)動 23
一、集中式驅(qū)動 23
二、分布式驅(qū)動 26
第三節(jié) 分立式驅(qū)動系統(tǒng)和集成式驅(qū)動系統(tǒng) 31
一、電機-減速箱“二合一”集成式驅(qū)動系統(tǒng) 32
二、電機-控制器“二合一”集成式驅(qū)動系統(tǒng) 37
三、電機-控制器-減速箱“三合一”集成式驅(qū)動系統(tǒng) 40
第四節(jié) 中央集成橋 41
第五節(jié) 多功能集成控制器 44
一、乘用車用多功能集成控制器 46
二、商用車用多功能集成控制器 48
參考文獻(xiàn) 49
第三章 驅(qū)動電機系統(tǒng)匹配與設(shè)計技術(shù) 50
第一節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)與車輛的耦合關(guān)系及匹配設(shè)計 51
一、車輛的類型 51
二、車輛基本參數(shù)、動力性能要求及運行工況 51
三、驅(qū)動電機系統(tǒng)的安裝與懸置 53
第二節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)與機械傳動系統(tǒng)的耦合關(guān)系及匹配設(shè)計 53
一、減(變)速箱及傳動比 53
二、電機與減(變)速箱的機械耦合 55
第三節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的耦合關(guān)系及匹配設(shè)計 56
一、冷卻方式 56
二、流量及流阻 57
三、進(jìn)出口冷卻介質(zhì)的溫度及溫度差 58
第四節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)的耦合關(guān)系及匹配設(shè)計 59
一、直流母線電壓對驅(qū)動電機系統(tǒng)的影響 59
二、匹配設(shè)計 61
第五節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)與環(huán)境條件的耦合關(guān)系及匹配設(shè)計 62
一、環(huán)境條件對驅(qū)動電機系統(tǒng)的影響 63
二、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計措施 66
第六節(jié) 電機與控制器的相互影響 67
一、控制器輸出電壓的特點及對驅(qū)動電機系統(tǒng)的影響 67
二、電機端子的尖峰電壓產(chǎn)生機理、后果及預(yù)防措施 69
三、電機軸電壓產(chǎn)生的機理、后果及預(yù)防措施 71
第七節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)的設(shè)計流程及方法 76
一、輸入條件和輸出要求 77
二、電機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性的確定 78
三、電機額定功率、額定轉(zhuǎn)速和工作制的確定 80
四、指標(biāo)的分解 82
參考文獻(xiàn) 85
第四章 熱管理技術(shù) 86
第一節(jié) 驅(qū)動電機的允許溫升限值 86
一、溫度測量方法 87
二、溫升限值 87
第二節(jié) 驅(qū)動電機的發(fā)熱過程及冷卻方式 89
一、驅(qū)動電機各部分的損耗及其分布 89
二、驅(qū)動電機熱傳遞方式及傳遞路徑 90
三、驅(qū)動電機發(fā)熱過程 94
四、驅(qū)動電機冷卻方式 95
第三節(jié) 機殼水冷結(jié)構(gòu) 99
一、機殼水冷的熱管理設(shè)計流程 99
二、冷卻水在水道中的基本特性 100
三、冷卻液的類型 102
四、流量的選擇 103
五、水道的基本類型及成型方式 103
六、水道的尺寸 107
七、流阻的預(yù)測 108
八、電機溫升預(yù)測 111
第四節(jié) 油冷結(jié)構(gòu) 116
一、典型的油冷結(jié)構(gòu) 116
二、冷卻油的選擇 122
三、油冷結(jié)構(gòu)設(shè)計要點 123
四、流阻與溫升預(yù)測 124
第五節(jié) 復(fù)合冷卻方式 124
一、基于傳導(dǎo)的定向冷卻 125
二、基于對流的定向冷卻 126
三、典型的復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu) 128
四、復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)的選取原則 129
參考文獻(xiàn) 130
第五章 異步驅(qū)動電機 131
第一節(jié) 異步驅(qū)動電機設(shè)計流程 131
第二節(jié) 異步驅(qū)動電機的運行特性 134
一、異步驅(qū)動電機運行原理 134
二、固定頻率下的穩(wěn)態(tài)運行特性 135
三、瞬態(tài)運行特性 139
四、變頻運行特性 140
五、非正弦供電時異步驅(qū)動電機的運行特點 143
第三節(jié) 異步驅(qū)動電機與電機控制器的匹配關(guān)系 148
一、異步驅(qū)動電機參數(shù)對電機控制器的影響 149
二、進(jìn)入滿電壓頻率點對驅(qū)動電機系統(tǒng)的影響 149
三、電機控制器參數(shù)對異步驅(qū)動電機的影響及抑制措施 151
第四節(jié) 電磁仿真 153
一、電磁仿真手段 154
二、主要電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取 154
三、基于“路”的異步驅(qū)動電機基波性能參數(shù)的計算 156
第五節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 160
一、異步驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)的特殊性 161
二、典型結(jié)構(gòu)及工藝流程 162
三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 163
四、速度傳感器 168
五、絕緣系統(tǒng) 170
六、軸承系統(tǒng) 172
七、IP67密封系統(tǒng) 175
參考文獻(xiàn) 178
第六章 永磁同步驅(qū)動電機 179
第一節(jié) 永磁同步驅(qū)動電機設(shè)計流程 179
第二節(jié) 永磁同步驅(qū)動電機運行特性 181
一、基本工作原理和調(diào)速原理 181
二、穩(wěn)態(tài)運行特性 182
三、固定頻率下的瞬態(tài)運行特性 187
四、堵轉(zhuǎn)運行特性 188
五、變頻運行特性 189
六、非正弦供電時永磁同步驅(qū)動電機的運行特點 191
第三節(jié) 永磁同步驅(qū)動電機與電機控制器的匹配關(guān)系 194
一、最高反電動勢 194
二、直軸電感 197
三、凸極率 197
第四節(jié) 電磁仿真 198
一、電磁仿真方法 200
二、硅鋼片和永磁體的選擇 200
三、有效部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取 208
四、基于場路結(jié)合法的永磁同步驅(qū)動電機性能參數(shù)的計算 211
第五節(jié) 定子繞組結(jié)構(gòu) 218
一、集中繞組和分布繞組 219
二、分?jǐn)?shù)槽繞組和整數(shù)槽繞組 221
三、圓線繞組和扁線繞組 222
第六節(jié) 永磁同步驅(qū)動電機的磁路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 227
一、典型的磁路類型 230
二、提升凸極率的措施 231
三、優(yōu)化氣隙磁場波形的措施 233
四、改善反電動勢波形的措施 235
五、減小齒槽轉(zhuǎn)矩的措施 236
六、降低永磁體成本的措施 239
七、增加轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強度的措施 240
八、減小轉(zhuǎn)子損耗的措施 242
九、提升永磁體抗失磁能力的措施 243
第七節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 243
一、典型結(jié)構(gòu)和工藝流程 243
二、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 245
三、旋轉(zhuǎn)變壓器 248
參考文獻(xiàn) 250
第七章 電機控制器 252
第一節(jié) 概述 252
第二節(jié) 電機控制器的硬件構(gòu)成與設(shè)計步驟 254
一、電機控制器硬件構(gòu)成 254
二、電機控制器設(shè)計步驟 255
第三節(jié) 逆變電路與功率模塊 256
一、逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 257
二、IGBT模塊 257
三、SiC MOSFET模塊 269
第四節(jié) 支撐電容和復(fù)合母排 271
一、逆變電路的高頻等效電路及功率模塊的尖峰電壓 271
二、支撐電容 273
三、復(fù)合母排 276
第五節(jié) 控制電路板 279
一、DSP最小系統(tǒng) 281
二、信號處理電路 283
第六節(jié) 驅(qū)動電路板 286
一、驅(qū)動電路原理圖 287
二、外圍電路設(shè)計 289
三、驅(qū)動電路板的測試 292
第七節(jié) 散熱器 295
一、IGBT模塊損耗計算 296
二、水冷散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 298
三、溫升計算與溫升抑制措施 299
四、流阻計算 300
第八節(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 301
參考文獻(xiàn) 304
第八章 電機控制策略 305
第一節(jié) 電壓調(diào)制方式 306
一、逆變器的控制模型 306
二、理想條件下的電壓PWM 308
三、考慮非線性因素的脈寬調(diào)制 314
第二節(jié) 異步電機的矢量控制 318
一、異步電機矢量控制的基本思路 319
二、異步電機的數(shù)學(xué)模型及分析 320
三、轉(zhuǎn)子磁場間接定向矢量控制 324
四、定子磁場間接定向矢量控制 330
第三節(jié) 永磁同步電機的矢量控制 332
一、永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型及分析 332
二、永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁極定向矢量控制 333
三、永磁同步電機定子磁場定向矢量控制 337
第四節(jié) 電動汽車驅(qū)動電機特殊控制問題 342
一、驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制 342
二、永磁同步電機的堵轉(zhuǎn)運行及保護措施 346
參考文獻(xiàn) 348
第九章 電磁兼容技術(shù) 350
第一節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容環(huán)境、要求及試驗評價方法 350
一、驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容環(huán)境 350
二、驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容環(huán)境特點 353
三、驅(qū)動電機系統(tǒng)電磁兼容性要求及試驗評價方法 355
第二節(jié) 主電路PWM波產(chǎn)生的電磁干擾 359
一、電機控制器電壓產(chǎn)生的機理 359
二、梯形電壓的頻譜特性 360
三、干擾源及干擾電壓 361
第三節(jié) 干擾耦合路徑 365
一、輻射干擾耦合路徑 365
二、傳導(dǎo)干擾的耦合路徑 370
第四節(jié) 電磁干擾的抑制 374
一、降低干擾源強度的措施 374
二、切斷耦合路徑 376
三、提高敏感設(shè)備的抗干擾能力 382
參考文獻(xiàn) 384
第十章 基于功能安全的電機控制器設(shè)計 385
第一節(jié) GB/T 34590—2017標(biāo)準(zhǔn)簡介 386
一、標(biāo)準(zhǔn)的作用和思路 386
二、標(biāo)準(zhǔn)各部分的主要內(nèi)容和關(guān)聯(lián)關(guān)系 388
三、各階段的主要活動內(nèi)容和流程 389
四、危害分析和風(fēng)險評估及ASIL等級劃分 395
第二節(jié) 電機控制器的功能安全——概念設(shè)計 397
一、相關(guān)項定義 398
二、啟動 400
三、危害分析和風(fēng)險評估 400
四、功能安全概念 401
第三節(jié) 電機控制器的功能安全——系統(tǒng)設(shè)計 403
一、啟動系統(tǒng)層面產(chǎn)品開發(fā) 403
二、技術(shù)安全要求的定義 403
三、系統(tǒng)設(shè)計 404
四、相關(guān)項集成和測試 407
五、安全確認(rèn) 407
六、功能安全評估 407
第四節(jié) 電機控制器的功能安全——硬件設(shè)計 408
一、啟動硬件層面產(chǎn)品開發(fā) 408
二、硬件安全要求的定義 408
三、硬件設(shè)計 408
四、硬件設(shè)計安全分析 410
五、硬件架構(gòu)度量的評估 410
六、隨機硬件失效導(dǎo)致違背安全目標(biāo)的評估 412
七、硬件集成和測試 413
第五節(jié) 電機控制器的功能安全——軟件設(shè)計 413
一、啟動軟件層面產(chǎn)品開發(fā) 413
二、軟件安全要求定義 413
三、軟件架構(gòu)設(shè)計 413
四、軟件單元設(shè)計和實現(xiàn) 416
五、軟件單元測試 416
六、軟件集成和測試 416
七、軟件安全要求驗證 416
參考文獻(xiàn) 416
第十一章 試驗驗證技術(shù) 417
第一節(jié) 驅(qū)動電機系統(tǒng)試驗驗證標(biāo)準(zhǔn)體系的簡介 417
一、國際組織相關(guān)的驅(qū)動電機系統(tǒng)試驗驗證標(biāo)準(zhǔn) 417
二、我國驅(qū)動電機系統(tǒng)試驗驗證標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展 419
第二節(jié) 我國驅(qū)動電機系統(tǒng)試驗驗證標(biāo)準(zhǔn)簡介 420
一、GB/T 18488—2015簡介 420
二、GB/T 29307—2012簡介 420
三、QC/T 1068—2017簡介 420
四、QC/T 1069—2017簡介 421
五、GB/T 36282—2018簡介 421
第三節(jié) 檢驗規(guī)則、技術(shù)要求和試驗項目 421
一、檢驗規(guī)則 421
二、技術(shù)要求 422
三、試驗項目 425
第四節(jié) 試驗方法 429
一、試驗地點 430
二、試驗配置 430
三、試驗儀器 433
四、試驗電源 434
五、布線 435
六、冷卻裝置 435
第五節(jié) 試驗流程 435
一、驅(qū)動電機超速試驗 435
二、驅(qū)動電機溫升試驗 437
三、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性及效率試驗 438
四、電壓工作范圍試驗 441
五、饋電特性試驗 441
六、轉(zhuǎn)矩控制精度試驗 442
七、轉(zhuǎn)速控制精度試驗 443
八、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間試驗 443
九、轉(zhuǎn)速響應(yīng)時間試驗 444
十、永磁同步驅(qū)動電機空載反電動勢的測量 445
十一、異步驅(qū)動電機的空載試驗 445
十二、異步驅(qū)動電機的堵轉(zhuǎn)試驗 446
第六節(jié) 研發(fā)驗證試驗 448
一、性能試驗 448
二、環(huán)境適應(yīng)性試驗 449
三、可靠性和耐久性試驗 452
四、安全性試驗 453
五、性能標(biāo)定試驗 454
參考文獻(xiàn) 455
第十二章 安裝、調(diào)試和維護 456
第一節(jié) 安裝 456
一、安裝前的準(zhǔn)備工作 457
二、接地線連接 457
三、驅(qū)動電機的安裝 458
四、電機控制器的安裝 461
五、高壓線束的連接 462
六、低壓線束的連接 463
七、導(dǎo)線的固定 464
八、冷卻水管的連接 465
第二節(jié) 調(diào)試 465
一、調(diào)試前的準(zhǔn)備工作和注意事項 466
二、一般檢查 466
三、絕緣檢查 466
四、試運行 466
五、道路運行測試 467
六、收尾 467
第三節(jié) 維護 467
一、維護前的準(zhǔn)備工作和注意事項 468
二、日常維護 468
三、定期維護 468
第四節(jié) 包裝、運輸與貯存 469
一、吊運或者搬運 469
二、包裝 469
三、運輸 470
四、貯存 470
第五節(jié) 常見故障處理及維修 471
一、故障現(xiàn)象及處理方法 471
二、維修 473
參考文獻(xiàn) 473