●前言
第一章 緒論 1
一、概述 1
二、電動汽車對驅動電機繫統的要求 1
三、驅動電機類型 2
四、驅動電機繫統的工作特點及工作制 4
五、驅動電機繫統的關鍵技術指標 6
六、驅動電機繫統的發展現狀及發展趨勢 13
參考文獻 18
第二章 驅動電機繫統構型及集成技術 19
第一節 混合動力繫統用驅動電機繫統構型 19
第二節 集中式驅動和分布式驅動 23
一、集中式驅動 23
二、分布式驅動 26
第三節 分立式驅動繫統和集成式驅動繫統 31
一、電機-減速箱“二合一”集成式驅動繫統 32
二、電機-控制器“二合一”集成式驅動繫統 37
三、電機-控制器-減速箱“三合一”集成式驅動繫統 40
第四節 中央集成橋 41
第五節 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 49
第三章 驅動電機繫統匹配與設計技術 50
第一節 驅動電機繫統與車輛的耦合關繫及匹配設計 51
一、車輛的類型 51
二、車輛基本參數、動力性能要求及運行工況 51
三、驅動電機繫統的安裝與懸置 53
第二節 驅動電機繫統與機械傳動繫統的耦合關繫及匹配設計 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 驅動電機繫統與冷卻繫統的耦合關繫及匹配設計 56
一、冷卻方式 56
二、流量及流阻 57
三、進出口冷卻介質的溫度及溫度差 58
第四節 驅動電機繫統與儲能繫統的耦合關繫及匹配設計 59
一、直流母線電壓對驅動電機繫統的影響 59
二、匹配設計 61
第五節 驅動電機繫統與環境條件的耦合關繫及匹配設計 62
一、環境條件對驅動電機繫統的影響 63
二、環境適應性設計措施 66
第六節 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動電機繫統的影響 67
二、電機端子的尖峰電壓產生機理、後果及預防措施 69
三、電機軸電壓產生的機理、後果及預防措施 71
第七節 驅動電機繫統的設計流程及方法 76
一、輸入條件和輸出要求 77
二、電機轉矩-轉速特性的確定 78
三、電機額定功率、額定轉速和工作制的確定 80
四、指標的分解 82
參考文獻 85
第四章 熱管理技術 86
第一節 驅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 驅動電機的發熱過程及冷卻方式 89
一、驅動電機各部分的損耗及其分布 89
二、驅動電機熱傳遞方式及傳遞路徑 90
三、驅動電機發熱過程 94
四、驅動電機冷卻方式 95
第三節 機殼水冷結構 99
一、機殼水冷的熱管理設計流程 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、流阻的預測 108
八、電機溫升預測 111
第四節 油冷結構 116
一、典型的油冷結構 116
二、冷卻油的選擇 122
三、油冷結構設計要點 123
四、流阻與溫升預測 124
第五節 復合冷卻方式 124
一、基於傳導的定向冷卻 125
二、基於對流的定向冷卻 126
三、典型的復合冷卻結構 128
四、復合冷卻結構的選取原則 129
參考文獻 130
第五章 異步驅動電機 131
第一節 異步驅動電機設計流程 131
第二節 異步驅動電機的運行特性 134
一、異步驅動電機運行原理 134
二、固定頻率下的穩態運行特性 135
三、瞬態運行特性 139
四、變頻運行特性 140
五、非正弦供電時異步驅動電機的運行特點 143
第三節 異步驅動電機與電機控制器的匹配關繫 148
一、異步驅動電機參數對電機控制器的影響 149
二、進入滿電壓頻率點對驅動電機繫統的影響 149
三、電機控制器參數對異步驅動電機的影響及抑制措施 151
第四節 電磁仿真 153
一、電磁 段 154
二、主要電磁結構參數的選取 154
三、基於“路”的異步驅動電機基波性能參數的計算 156
第五節 結構設計 160
一、異步驅動電機結構的特殊性 161
二、典型結構及工藝流程 162
三、轉子結構 163
四、速度傳感器 168
五、絕緣繫統 170
六、軸承繫統 172
七、IP67密封繫統 175
參考文獻 178
第六章 永磁同步驅動電機 179
第一節 永磁同步驅動電機設計流程 179
第二節 永磁同步驅動電機運行特性 181
一、基本工作原理和調速原理 181
二、穩態運行特性 182
三、固定頻率下的瞬態運行特性 187
四、堵轉運行特性 188
五、變頻運行特性 189
六、非正弦供電時永磁同步驅動電機的運行特點 191
第三節 永磁同步驅動電機與電機控制器的匹配關繫 194
一、優選反電動勢 194
二、直軸電感 197
三、凸極率 197
第四節 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、有效部分結構參數的選取 208
四、基於場路結合法的永磁同步驅動電機性能參數的計算 211
第五節 定子繞組結構 218
一、集中繞組和分布繞組 219
二、分數槽繞組和整數槽繞組 221
三、圓線繞組和扁線繞組 222
第六節 永磁同步驅動電機的磁路拓撲結構 227
一、典型的磁路類型 230
二、提升凸極率的措施 231
三、優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、減小齒槽轉矩的措施 236
六、降低永磁體成本的措施 239
七、增加轉子結構強度的措施 240
八、減小轉子損耗的措施 242
九、提升永磁體抗失磁能力的措施 243
第七節 結構設計 243
一、典型結構和工藝流程 243
二、轉子結構 245
三、旋轉變壓器 248
參考文獻 250
第七章 電機控制器 252
第一節 概述 252
第二節 電機控制器的硬件構成與設計步驟 254
一、電機控制器硬件構成 254
二、電機控制器設計步驟 255
第三節 逆變電路與功率模塊 256
一、逆變電路拓撲結構 257
二、IGBT模塊 257
三、SiC MOSFET模塊 269
第四節 支撐電容和復合母排 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、復合母排 276
第五節 控制電路板 279
一、DSP最小繫統 281
二、信號處理電路 283
第六節 驅動電路板 286
一、驅動電路原理圖 287
二、外圍電路設計 289
三、驅動電路板的測試 292
第七節 散熱器 295
一、IGBT模塊損耗計算 296
二、水冷散熱器結構設計 298
三、溫升計算與溫升抑制措施 299
四、流阻計算 300
第八節 結構設計 301
參考文獻 304
第八章 電機控制策略 305
第一節 電壓調制方式 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制 314
第二節 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、異步電機的數學模型及分析 320
三、轉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 永磁同步電機的矢量控制 332
一、永磁同步電機的數學模型及分析 332
二、永磁同步電機轉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 電動汽車驅動電機特殊控制問題 342
一、驅動電機轉矩脈動抑制 342
二、永磁同步電機的堵轉運行及保護措施 346
參考文獻 348
第九章 電磁兼容技術 350
第一節 驅動電機繫統電磁兼容環境、要求及試驗評價方法 350
一、驅動電機繫統電磁兼容環境 350
二、驅動電機繫統電磁兼容環境特點 353
三、驅動電機繫統電磁兼容性要求及試驗評價方法 355
第二節 主電路PWM波產生的電磁干擾 359
一、電機控制器電壓產生的機理 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 干擾耦合路徑 365
一、輻射干擾耦合路徑 365
二、傳導干擾的耦合路徑 370
第四節 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、提高敏感設備的抗干擾能力 382
參考文獻 384
第十章 基於功能安全的電機控制器設計 385
第一節 GB/T 34590—2017標準簡介 386
一、標準的作用和思路 386
二、標準各部分的主要內容和關聯關繫 388
三、各階段的主要活動內容和流程 389
四、危害分析和風險評估及ASIL等級劃分 395
第二節 電機控制器的功能安全——概念設計 397
一、相關項定義 398
二、啟動 400
三、危害分析和風險評估 400
四、功能安全概念 401
第三節 電機控制器的功能安全——繫統設計 403
一、啟動繫統層面產品開發 403
二、技術安全要求的定義 403
三、繫統設計 404
四、相關項集成和測試 407
五、安全確認 407
六、功能安全評估 407
第四節 電機控制器的功能安全——硬件設計 408
一、啟動硬件層面產品開發 408
二、硬件安全要求的定義 408
三、硬件設計 408
四、硬件設計安全分析 410
五、硬件架構度量的評估 410
六、隨機硬件失效導致違背安全目標的評估 412
七、硬件集成和測試 413
第五節 電機控制器的功能安全——軟件設計 413
一、啟動軟件層面產品開發 413
二、軟件安全要求定義 413
三、軟件架構設計 413
四、設計和實現 416
五、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 416
第十一章 試驗驗證技術 417
第一節 驅動電機繫統試驗驗證標準體繫的簡介 417
一、國際組織相關的驅動電機繫統試驗驗證標準 417
二、我國驅動電機繫統試驗驗證標準的發展 419
第二節 我國驅動電機繫統試驗驗證標準簡介 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 檢驗規則、技術要求和試驗項目 421
一、檢驗規則 421
二、技術要求 422
三、試驗項目 425
第四節 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 試驗流程 435
一、驅動電機超速試驗 435
二、驅動電機溫升試驗 437
三、轉矩-轉速特性及效率試驗 438
四、電壓工作範圍試驗 441
五、饋電特性試驗 441
六、轉矩控制精度試驗 442
七、轉速控制精度試驗 443
八、轉矩響應時間試驗 443
九、轉速響應時間試驗 444
十、永磁同步驅動電機空載反電動勢的測量 445
十一、異步驅動電機的空載試驗 445
十二、異步驅動電機的堵轉試驗 446
第六節 研發驗證試驗 448
一、性能試驗 448
二、環境適應性試驗 449
三、可靠性和耐久性試驗 452
四、安全性試驗 453
五、性能標定試驗 454
參考文獻 455
第十二章 安裝、調試和維護 456
第一節 安裝 456
一、安裝前的準備工作 457
二、接地線連接 457
三、驅動電機的安裝 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、導線的固定 464
八、冷卻水管的連接 465
第二節 調試 465
一、調試前的準備工作和注意事項 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 維護 467
一、維護前的準備工作和注意事項 468
二、日常維護 468
三、定期維護 468
第四節 包裝、運輸與貯存 469
一、弔運或者搬運 469
二、包裝 469
三、運輸 470
四、貯存 470
第五節 常見故障處理及維修 471
一、故障現像及處理方法 471
二、維修 473
參考文獻 473

本書共12章。第一章介紹新能源汽車對驅動電機繫統的要求、驅動電機類型、驅動電機繫統關鍵技術參數、驅動電機繫統的發展現狀和發展趨勢；第二章介紹驅動電機繫統在電動汽車的構型以及驅動電機繫統的重要發展趨勢-集成技術；第三章介紹驅動電機繫統與關聯對像的耦合關繫、驅動電機與電機控制器的耦合關繫，為驅動電機繫統的多層面設計提供理論基礎，同時提出驅動電機繫統的設計流程；第四章介紹提升驅動電機繫統功率密度和可靠性的重要設計手段的熱管理技術，包括冷卻方式的選擇、水冷和油冷的冷卻結構的設計以及復合冷卻結構的設計；第五章和第六章分別介紹兩種常用的驅動電機（異步驅動電機和永磁驅動電機）的設計，在介紹驅動電機基礎理論和繫統匹配技術的基礎上，以設計流程為主線，介紹驅動電機設計的兩大重要設計步驟-電磁設計和結構設計，在永磁驅動電機設計中，還介紹了永磁電機的設計精髓-定子繞組結構和磁路拓撲結構；第七章以電機控制器設計流程等