电动汽车电机驱动装置研究开题报告

目前来说，电动汽车经常采用的驱动电机有直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。

对于直流电机的特点:成本低、易控制、调速性能良好．缺点:结构复杂、转速低、体积大、维护频繁。特性:在电动汽车发展早期，直流电机被作为驱动电机广泛应用，但是由于其结构复杂，导致它的瞬时过载能力和电机转速的提高受到限制，长时间工作会产生损耗，增加维护成本。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，会造成高频电磁干扰，影响整车其他电器性能。因此，目前电动汽车行业已经基本将直流电动机淘汰。应用代表车型:早期部分车型。

对于异步电机的特点：异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率(见异步电机)，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合(如传动轧机、卷扬机、大型机床等)，不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合(如拖动球磨机、压缩机等)不如用同步电动机合理。

对于永磁同步电机的特点：永磁同步电机本身的功率效率高以及功率因数高，永磁同步电机发热小，因此电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小，系统采用全封闭结构，无传动齿轮磨损、无传动齿轮噪声，免润滑油、免维护，永磁同步电机允许的过载电流大，可靠性显著提高，整个传动系统重量轻，簧下重量也比传统的轮轴传动的轻，单位重量的功率大，由于没有齿轮箱，可对转向架系统随意设计：如柔式转向架、单轴转向架，使列车动力性能大大提高，由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了稀土金属永磁体(如钕铁硼等)，其磁能积高，可得到较高的气隙磁通密度，因此在容量相同时，电机的体积小、重量轻，转子没有铜损和铁损，也没有集电环和电刷的摩擦损耗，运行效率高，转子没有铜损和铁损，也没有集电环和电刷的摩擦损耗，运行效率高，但是有明显的缺点不可逆退磁问题。

对于开关磁阻电机的特点：结构简单、成本低、可用于高速运转，功率电路简单可靠，系统可靠性高，起动转矩大，起动电流低，适用于频繁起停及正反向转换运行，可控参数多，调速性能好，效率高，损耗小，但是它有转矩脉动。

综上本文主旨在于如何选取最优的电机，怎么选取最优的凭借哪些特性选取电机，以及选取电机以后会遇到什么问题做一个比较全面的阐述。而难点也就在于怎么从那么多电机里选取一个最优的。

通过老师给的任务内容分析纯电动汽车常用的驱动电机的优缺点，在此基础上选择无刷直流电机作为驱动电机，掌握无刷直流电机的工作原理和特点。根据电动汽车的动力性能指标和续驶里程对电动汽车的动力系统进行参数匹配，确定电机和蓄电池的相关参数。

查阅相关资料掌握单片机各个功能模块的应用，熟悉该款单片机的开发环境，以此来掌握单片机系统的开发过程

设计基于单片机的电动汽车电机驱动控制系统，给出该系统详细的设计过程，明确系统的各个输入输出量，设计输入输出电路的原理图；学习电路设计软件Altiumdesigner，画出系统的电路原理图和PCB图。

主要是解决电机的选取类型以及选型以后的电路板原理图的制作，电机选取主要考虑：电机作为动力源来说要具有稳定的输出性能，不仅仅需要带动汽车主体本身，还要考虑满载情况。汽车的设计大都没有承重限制，那么就要求电机性能优异，避免因性能不足造成汽车无法使用的问题。在稳定输出的同时自身也要具有实用性和稳定性，选用电机时决不能以性能强劲为唯一标准，要综合考虑稳定性、经济性等因素。

汽车的应用场景是多样化的，司机独自驾驶或满载人与货物的情况均可能出现，也会行驶于不同的路况坡度，在行驶过程中也会有不同的速度需求。例如在畅通的高速公路，其时速需求可能在120km/h，但在堵车的情况下，其时速可能仅有5km/h。考虑极端情况，在高速场景下，即使汽车满载，也需有达到120km/h时速的能力，这就对功率稳定提出了重要需求。若功率不稳定，在相同的操控之下时快时慢，或因荷载不同造成输出效果不同，都不符合汽车的需求，可能会令使用者面临交通安全隐患。

电磁辐射对于人体和小型电气设备均有负面影响，交流电机或组合电机在使用的过程中可能产生电磁辐射。过量的电磁辐射不仅对人的身体健康具有危害，对于汽车内的其他电气控件而言也可能引发数据不准确或者失效的问题。故在新能源的电机选用过程中，需注意电磁辐射量是否满足安全标准，是否会对人或设备造成负面影响。对于车企而言，也要选用符合销售地安全标准的电机设备。

汽车作为高价值动产具有经济价值属性，电机作为核心驱动部件，其价值的高低可能对整车价值有决定性影响。在电机选用的过程中，其经济耐用性也是值得思考的。作为汽车的使用者，并不会对汽车内部的技术问题完全掌握，在选用时就要选取稳定的设备类型以减少后期维护和维修的成本。其次还要具有耐用性，作为高价值品，在正常使用情况下应满足人们的心理消费预期时长，不应在短期内产生性能和价值损耗。

在新能源汽车的应用中，大部分采用两相电的形式。根据电流形式的不同，其主要有直流电机驱动和交流电机驱动两种形式，分别被称为直流电动机驱动系统和交流电动机驱动系统。两种驱动形式有着较多差异性，其优缺点也各不相同。直流驱动形式的技术较为成熟，直流电机的成本也比较低，控制简单，对于汽车来说也有着较为方便的调速系统。直流电机的构成中核心部件是电刷和换向器，也是电机中的易损件，需要定期维护。对于汽车来说，在销售出厂后需尽量减少维护，故直流电机在新能源汽车中的应用并不多。经过技术革新后的交流电机相比于直流电机，能源效率高、维护次数少，且具有直流电机的大部分优点。电机有多种分类形式，在新能源汽车的电机选用中，功率密度是一个很重要的指标，其决定了汽车性能与稳定性。永磁电机因功率密度高，也成为了新能源汽车的重要组成部分。将直流无刷电动机与永磁同步电机相结合，即可得到效率高、体积小、重量轻的驱动系统，其结合了直流电机和交流电机的优点，成为大部分新能源汽车的驱动形式。

开关磁阻电动机驱动系统也是新能源汽车的预选驱动形式之一，能源效率同样较高，且性能非常好。以转子无刷绕组元件为核心的电机系统，能够在多次频繁的正反转当中保持稳定，也能够承受较大的负载冲击。相比于感应电机而言其电路是比较简单的，不易发生电路故障问题。因其开关元件的特殊性，也能适用于较大范围调速的场景之下。

在新能源汽车的应用场景中，对于调控而言主要是加速减速、差速控制、制动，这些需求在电学和动力学中可以简化为对速度和力矩的改变。在进行驱动和改变时的核心目标是提高效率。若驱动系统是直流电机，其操控是比较简单的，一般来说经典直流电机的转速和电流有关，功率与电源总功率有关，在额定功率范围内，电机得到的电流越多，其转速越快，功率符合经典电学规律。交流电机在进行速度调控时需使用矢量控制的方式，因有逆变器的影响，可能在控制过程中还需加入微电脑计算修正的控制形式，综合实施难度较大。

上文中提及的永磁电机控制形式与磁场有关，根据磁场形式的不同分为方波型和正弦波型两种，改变速度的方式为改变频率，频率的改变将直接影响电机的运行速度。目前比较主流的做法是采用PWM斩波控制IGBT逆变器，但该设备可能产生较大的转矩波动，稳定性一般，虽实际应用较少，但也已经在新能源汽车中出现。解决方案是增加电机调节控制模块，能够更精准地控制波形改变时的扭矩，从而提供稳定的频率变化。

最后通过对新能源汽车的需求和驱动模式进行分析，从驱动技术与控制技术发，对于新能源汽车的电机选用和新型驱动系统研发而言是具有参考意义的。