新能源汽车电驱系统结构

一、电驱系统

电驱系统示例图

电驱系统是电动汽车的核心，一般由电机、控制器和减速器组成电驱系统，它负责将电能转换为机械能，驱动汽车前进，电驱系统发挥了燃油汽车中“发动机、ECU电控单元、变速箱”的作用，对新能源汽车整车使用性能的动力性、经济性、舒适性、安全性等核心指标具有较大影响。它的结构形式直接影响电动汽车驱动系统的布置形式。目前，将电机、控制器（MCU, Motor Control Unit）和减速器集成为一体的三合一电驱动系统，因轻量化、节省空间和低成本等优势已成为纯电动汽车电驱动系统的发展主流。

01驱动电机总成：将动力电池的电能转化为旋转的机械能，是输出动力的来源。

02控制器总成：根据VCU指令，控制电机的运行状态（正转、反转）。基于功率半导体的硬件及软件设计，对驱动电机的工作状态进行实时控制，并持续丰富其他控制功能。

03减速器：通过齿轮组降低输出转速提高输出扭矩，以保证电驱动系 统持续运行在高效区间。

二、电机

电机示例图

电机即新能源汽车的主驱动电机，它承担了与新能源汽车运动相关的所有功能。驱动电动机在纯电动汽车中被要求具备电动机和发电机的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；而在减速和下坡滑行时又被要求发挥其主要的发电机功能，将车轮的惯性动能转换为电能。对驱动电动机的选型一定要根据其负载特性来进行。

由对为车行驶时的特性分析可知，汽车在起步和上坡时，要求有较大的启动转矩和相当的短时过载能力，并有较宽的调速范围和理想的调速特性，即在启动低速时为恒转矩输出，在高速时为高功率输出。驱动电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能，它直接影响着汽车的各项性能指标，如汽车在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性他及能源转换效率。

2.1电机主要类型与工作原理

（1）永磁直流无刷电机

永磁直流无刷电机主要由电动机本体、电子换相器和转子位置传感器三部分组成。

电动机本体由定子和永磁转子两部分组成。电子换相器是由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。位置传感器位置传感器在电动机中起着检测转子磁极位置的作用，为功率开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁极的位置信号转换成电信号，经位置信号处理电路处理后控制定子绕组换相。

永磁直流无刷电动机的工作原理与有刷直流电动机的工作原理基本相同。它是利用电动机转子位置传感器输出信号控制电子换向线路去驱动逆变器的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动电动机转子旋转。同时，随着电动机转子的转动，转子位置传感器又不断送出位置信号，以不断的改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向保持不变，从而控制电机持续运转。

（2）永磁有刷直流电机

有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。

1. 交流感应电机

交流感应电机又称为三相异步电机，三相异步交流电机的基本结构如下图所示，当三相异步电机接入三相交流电时，三相定子绕组通入电流会产生三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组为闭合通路）。

三相异步交流电机的基本结构

通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电动机状态时，转子转速小于同步转速。

（4）永磁同步电机

永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。转子可做成实心，也可用叠片叠压。电枢绕组可采用集中整距绕组的，也可采用分布短距绕组和非常规绕组。与交流异步交流电机一样，永磁同步电机中的定子绕组输入三相正弦交流电时，会产生一个旋转磁场。该旋转磁场与转子的永磁体磁场相互作用，使转子产生电磁转矩，并随着定子的旋转磁场转动，由于转子的转动与旋转磁场同步，故称之为永磁同步电机。对于某一型号的同步电机，转速只与电源的频率有关，目前汽车采用永磁同步电机较多。

永磁同步电动机

2.2纯电动汽车驱动系统的布置

电动机-驱动桥整体式驱动方式

这种驱动系统布置形式与发动机横置一前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似，把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮。电动机一驱动桥整体式驱动系统布置形式有同轴式和双联式两种。

电动机-驱动桥组合式驱动方式

电动机驱动桥组合式驱动方式主要由电动机、驱动桥、电控系统等部件组成。电动机作为车辆的动力源，直接驱动驱动桥，实现车辆的驱动力；驱动桥作为传动系统的重要部件，主要负责将电动机的动力传递给车轮；电控系统则负责控制电动机和驱动桥的工作状态，实现智能化调控。

电动机驱动桥组合式驱动方式可以更好地发挥电动机的性能。由于驱动电机直接驱动车轮，不需要传统的变速器等机械传动装置，因此可以更加高效地转化电力能量，提高车辆的加速性能和动力输出能力。

电动机驱动桥组合式驱动方式的可靠性更高。传统汽车的驱动系统存在着很多机械传动元件，如传动轴、万向节等，容易出现故障，而电动机驱动桥组合式驱动方式减少了这些机械传动元件，可以有效降低因故障而导致的维修成本和停车维修时间。电动机驱动桥组合式驱动方式还可以实现电池的回馈能量回收。在汽车行驶的过程中，车辆需要通过制动器消耗动能来减速停车，此时电动机可将制动器消耗的能量转化为电能存储到电池中，提高了电池能量利用率。

轮毂电动机分散驱动方式

分散驱动方式是指将电动机分散安装在车辆的每个车轮上，每个电动机都独立控制，实现对每个车轮的驱动和制动。这种方式可以使得车辆的重心分布更均匀，最大限度地减小车辆的滚动惯性，从而提高行驶的安全性。

同时，由于每个电动机都可以独立控制，可以通过动态调整轮毂的转速，实现对车辆的动态稳定性控制。这种方式可以将车辆的稳定性和操控性最大化，提高车辆的路面抓地力和转向性能。

三、电机控制器

在电动车辆中，电机控制器（Motor Control Unit，MCU）作为控制电动汽车驱动电机的设备，是动力系统的控制中心，通过接收整车控制器和控制机构（制动踏板、油门踏板、换挡机构） 传送的控制信息，将动力电池的直流电转换成驱动电机所需的交流电，通过控制驱动电机的电压和电流对驱动电机转速、转矩、转向进行控制，实现电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者对动力电池的输出进行相应控制，帮助电动车辆刹车，将部分刹车能量存储到动力电池中。

新能源汽车电机控制器通常可以分为主控制器和辅助控制器两大类。主控制器控制汽车驱动电机，将动力电池输出的直流电（DC）转换为交流电（AC）供电机输出，即通过控制驱动电机的电压和电流，实现对电机转矩、转速和转向的控制。 辅助控制器通过控制交流电的输出，实现对电机转矩和转速的输出，主要控制汽车的助力转向泵电机、打气泵电机、空调电机、BSG 电机、ISG 电机等辅助电机。

四、减速器

减速器的作用主要是：降低转速，增大输出扭矩，降低负载的惯量。

减速器主要由减速机壳、内部齿轮和轴承等组成。电机输出轴经过减速机壳内的输入轴与减速器内部的齿轮相接，齿轮通过啮合将输入轴的高速低扭矩传递到输出轴上。由于输出轴齿轮的比例变化，电机的输出速度就会变慢，但是与此同时，输出的扭矩会相应增大。工作原理是当电机的输出转速从主动轴输入后，带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮运动，大齿轮的齿数比小齿轮多，大齿轮的转速比小齿轮慢，再由大齿轮的输出轴输出，从而起到输出减速的作用。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，是一种相对精密的机械，使用其目的是降低转速，增加转矩