电动汽车驱动电机系统

目录
前言
第一章 绪论 1
一、概述 1
二、电动汽车对驱动电机系统的要求 1
三、驱动电机类型 2
四、驱动电机系统的工作特点及工作制 4
五、驱动电机系统的关键技术指标 6
六、驱动电机系统的发展现状及发展趋势 13
参考文献 18
第二章 驱动电机系统构型及集成技术 19
第一节 混合动力系统用驱动电机系统构型 19
第二节 集中式驱动和分布式驱动 23
一、集中式驱动 23
二、分布式驱动 26
第三节 分立式驱动系统和集成式驱动系统 31
一、电机-减速箱“二合一”集成式驱动系统 32
二、电机-控制器“二合一”集成式驱动系统 37
三、电机-控制器-减速箱“三合一”集成式驱动系统 40
第四节 中央集成桥 41
第五节 多功能集成控制器 44
一、乘用车用多功能集成控制器 46
二、商用车用多功能集成控制器 48
参考文献 49
第三章 驱动电机系统匹配与设计技术 50
第一节 驱动电机系统与车辆的耦合关系及匹配设计 51
一、车辆的类型 51
二、车辆基本参数、动力性能要求及运行工况 51
三、驱动电机系统的安装与悬置 53
第二节 驱动电机系统与机械传动系统的耦合关系及匹配设计 53
一、减(变)速箱及传动比 53
二、电机与减(变)速箱的机械耦合 55
第三节 驱动电机系统与冷却系统的耦合关系及匹配设计 56
一、冷却方式 56
二、流量及流阻 57
三、进出口冷却介质的温度及温度差 58
第四节 驱动电机系统与储能系统的耦合关系及匹配设计 59
一、直流母线电压对驱动电机系统的影响 59
二、匹配设计 61
第五节 驱动电机系统与环境条件的耦合关系及匹配设计 62
一、环境条件对驱动电机系统的影响 63
二、环境适应性设计措施 66
第六节 电机与控制器的相互影响 67
一、控制器输出电压的特点及对驱动电机系统的影响 67
二、电机端子的尖峰电压产生机理、后果及预防措施 69
三、电机轴电压产生的机理、后果及预防措施 71
第七节 驱动电机系统的设计流程及方法 76
一、输入条件和输出要求 77
二、电机转矩-转速特性的确定 78
三、电机额定功率、额定转速和工作制的确定 80
四、指标的分解 82
参考文献 85
第四章 热管理技术 86
第一节 驱动电机的允许温升限值 86
一、温度测量方法 87
二、温升限值 87
第二节 驱动电机的发热过程及冷却方式 89
一、驱动电机各部分的损耗及其分布 89
二、驱动电机热传递方式及传递路径 90
三、驱动电机发热过程 94
四、驱动电机冷却方式 95
第三节 机壳水冷结构 99
一、机壳水冷的热管理设计流程 99
二、冷却水在水道中的基本特性 100
三、冷却液的类型 102
四、流量的选择 103
五、水道的基本类型及成型方式 103
六、水道的尺寸 107
七、流阻的预测 108
八、电机温升预测 111
第四节 油冷结构 116
一、典型的油冷结构 116
二、冷却油的选择 122
三、油冷结构设计要点 123
四、流阻与温升预测 124
第五节 复合冷却方式 124
一、基于传导的定向冷却 125
二、基于对流的定向冷却 126
三、典型的复合冷却结构 128
四、复合冷却结构的选取原则 129
参考文献 130
第五章 异步驱动电机 131
第一节 异步驱动电机设计流程 131
第二节 异步驱动电机的运行特性 134
一、异步驱动电机运行原理 134
二、固定频率下的稳态运行特性 135
三、瞬态运行特性 139
四、变频运行特性 140
五、非正弦供电时异步驱动电机的运行特点 143
第三节 异步驱动电机与电机控制器的匹配关系 148
一、异步驱动电机参数对电机控制器的影响 149
二、进入满电压频率点对驱动电机系统的影响 149
三、电机控制器参数对异步驱动电机的影响及抑制措施 151
第四节 电磁仿真 153
一、电磁仿真手段 154
二、主要电磁结构参数的选取 154
三、基于“路”的异步驱动电机基波性能参数的计算 156
第五节 结构设计 160
一、异步驱动电机结构的特殊性 161
二、典型结构及工艺流程 162
三、转子结构 163
四、速度传感器 168
五、绝缘系统 170
六、轴承系统 172
七、IP67密封系统 175
参考文献 178
第六章 永磁同步驱动电机 179
第一节 永磁同步驱动电机设计流程 179
第二节 永磁同步驱动电机运行特性 181
一、基本工作原理和调速原理 181
二、稳态运行特性 182
三、固定频率下的瞬态运行特性 187
四、堵转运行特性 188
五、变频运行特性 189
六、非正弦供电时永磁同步驱动电机的运行特点 191
第三节 永磁同步驱动电机与电机控制器的匹配关系 194
一、最高反电动势 194
二、直轴电感 197
三、凸极率 197
第四节 电磁仿真 198
一、电磁仿真方法 200
二、硅钢片和永磁体的选择 200
三、有效部分结构参数的选取 208
四、基于场路结合法的永磁同步驱动电机性能参数的计算 211
第五节 定子绕组结构 218
一、集中绕组和分布绕组 219
二、分数槽绕组和整数槽绕组 221
三、圆线绕组和扁线绕组 222
第六节 永磁同步驱动电机的磁路拓扑结构 227
一、典型的磁路类型 230
二、提升凸极率的措施 231
三、优化气隙磁场波形的措施 233
四、改善反电动势波形的措施 235
五、减小齿槽转矩的措施 236
六、降低永磁体成本的措施 239
七、增加转子结构强度的措施 240
八、减小转子损耗的措施 242
九、提升永磁体抗失磁能力的措施 243
第七节 结构设计 243
一、典型结构和工艺流程 243
二、转子结构 245
三、旋转变压器 248
参考文献 250
第七章 电机控制器 252
第一节 概述 252
第二节 电机控制器的硬件构成与设计步骤 254
一、电机控制器硬件构成 254
二、电机控制器设计步骤 255
第三节 逆变电路与功率模块 256
一、逆变电路拓扑结构 257
二、IGBT模块 257
三、SiC MOSFET模块 269
第四节 支撑电容和复合母排 271
一、逆变电路的高频等效电路及功率模块的尖峰电压 271
二、支撑电容 273
三、复合母排 276
第五节 控制电路板 279
一、DSP最小系统 281
二、信号处理电路 283
第六节 驱动电路板 286
一、驱动电路原理图 287
二、外围电路设计 289
三、驱动电路板的测试 292
第七节 散热器 295
一、IGBT模块损耗计算 296
二、水冷散热器结构设计 298
三、温升计算与温升抑制措施 299
四、流阻计算 300
第八节 结构设计 301
参考文献 304
第八章 电机控制策略 305
第一节 电压调制方式 306
一、逆变器的控制模型 306
二、理想条件下的电压PWM 308
三、考虑非线性因素的脉宽调制 314
第二节 异步电机的矢量控制 318
一、异步电机矢量控制的基本思路 319
二、异步电机的数学模型及分析 320
三、转子磁场间接定向矢量控制 324
四、定子磁场间接定向矢量控制 330
第三节 永磁同步电机的矢量控制 332
一、永磁同步电机的数学模型及分析 332
二、永磁同步电机转子磁极定向矢量控制 333
三、永磁同步电机定子磁场定向矢量控制 337
第四节 电动汽车驱动电机特殊控制问题 342
一、驱动电机转矩脉动抑制 342
二、永磁同步电机的堵转运行及保护措施 346
参考文献 348
第九章 电磁兼容技术 350
第一节 驱动电机系统电磁兼容环境、要求及试验评价方法 350
一、驱动电机系统电磁兼容环境 350
二、驱动电机系统电磁兼容环境特点 353
三、驱动电机系统电磁兼容性要求及试验评价方法 355
第二节 主电路PWM波产生的电磁干扰 359
一、电机控制器电压产生的机理 359
二、梯形电压的频谱特性 360
三、干扰源及干扰电压 361
第三节 干扰耦合路径 365
一、辐射干扰耦合路径 365
二、传导干扰的耦合路径 370
第四节 电磁干扰的抑制 374
一、降低干扰源强度的措施 374
二、切断耦合路径 376
三、提高敏感设备的抗干扰能力 382
参考文献 384
第十章 基于功能安全的电机控制器设计 385
第一节 GB/T 34590—2017标准简介 386
一、标准的作用和思路 386
二、标准各部分的主要内容和关联关系 388
三、各阶段的主要活动内容和流程 389
四、危害分析和风险评估及ASIL等级划分 395
第二节 电机控制器的功能安全——概念设计 397
一、相关项定义 398
二、启动 400
三、危害分析和风险评估 400
四、功能安全概念 401
第三节 电机控制器的功能安全——系统设计 403
一、启动系统层面产品开发 403
二、技术安全要求的定义 403
三、系统设计 404
四、相关项集成和测试 407
五、安全确认 407
六、功能安全评估 407
第四节 电机控制器的功能安全——硬件设计 408
一、启动硬件层面产品开发 408
二、硬件安全要求的定义 408
三、硬件设计 408
四、硬件设计安全分析 410
五、硬件架构度量的评估 410
六、随机硬件失效导致违背安全目标的评估 412
七、硬件集成和测试 413
第五节 电机控制器的功能安全——软件设计 413
一、启动软件层面产品开发 413
二、软件安全要求定义 413
三、软件架构设计 413
四、软件单元设计和实现 416
五、软件单元测试 416
六、软件集成和测试 416
七、软件安全要求验证 416
参考文献 416
第十一章 试验验证技术 417
第一节 驱动电机系统试验验证标准体系的简介 417
一、国际组织相关的驱动电机系统试验验证标准 417
二、我国驱动电机系统试验验证标准的发展 419
第二节 我国驱动电机系统试验验证标准简介 420
一、GB/T 18488—2015简介 420
二、GB/T 29307—2012简介 420
三、QC/T 1068—2017简介 420
四、QC/T 10