电动汽车工程手册 第五卷 驱动电机与电力电子

　　《电动汽车工程手册 第五卷 驱动电机与电力电子》从电动汽车应用需求出发，系统梳理了车用驱动电机与电力电子变换器的设计理论与工程方案。本卷结合案例分析，从驱动电机系统的关键材料和零部件、永磁电机、异步电机、电机控制器的功率电路、驱动与控制电路、驱动电机调速原理及控制方法、软件设计与功能安全等进行了全面的阐述；同时对电动汽车的高速减速器和DC/DC变换器两个专用零部件进行了介绍，对电驱动总成振动噪声和电磁兼容做了专题分析。本卷总结了编者和编写团队多年来在电动汽车驱动电机及其控制系统领域的设计、工程开发及应用经验，突出驱动电机及其控制系统在电动汽车中的应用解决方案，为广大工程技术人员提供工程参考。

　　贡俊，研究员级高工，上海电驱动股份有限公司董事长，国家科技部“十三五”新能源汽车重点研发专项总体组专家、国家“万人计划”第一批科技创新领军人才、电驱动汽车电驱动系统全产业链产业技术创新联盟理事长，上海汽车电驱动工程技术研究中心主任、上海市青年科技杰出人才、享受国务院特殊津贴专家。主持了多项科技部、工信部、上海市科技攻关和高新技术产业化等车用驱动电机系统专项，主持多项电动汽车电机及其控制器相关国家和行业标准制修订，获授权专利10余项，发表论文20余篇，出版专著1本。

第1章 概述

1.1 电动汽车驱动电机系统/1

1.2 驱动电机系统的设计要求/2

1.2.1 电动汽车对驱动电机系统设计需求/2

1.2.2 驱动电机系统的主要类型/4

1.3 车用驱动电机系统的发展现状与趋势/5

1.3.1 我国车用驱动电机系统产业发展概况/5

1.3.2 我国车用驱动系统总体技术进展概况/7

1.3.3 国外车用驱动电机系统技术发展概况/18

1.3.4 轮毂电机发展概况/24

1.4 我国电动汽车驱动电机系统技术发展趋势31

参考文献/32

第2章 驱动电机的关键材料和零部件

2.1 无取向硅钢材料/29

2.1.1 性能要求/29

2.1.2材料特性/30

2.1.3影响因素/32

2.1.4典型产品/34

2.2 稀土永磁材料/34

2.2.1 性能要求/34

2.2.2 主要成分/35

2.2.3 制备工艺/37

2.2.4 典型产品/39

2.3 漆包线与绝缘材料/40

2.3.1 漆包线/40

2.3.2绝缘材料/41

2.4 高速轴承/44

2.4.1 性能要求/44

2.4.2 主要类型及结构/45

2.4.3 选型及关键指标/45

2.4.4 寿命校核/46

2.5位置传感器/48

2.5.1旋转变压器/48

2.5.2 磁编码器/50

2.6 温度传感器/55

2.6.1 基本原理/55

2.6.2 主要参数/56

2.7 密封材料/57

2.7.1 分类及基本要求/57

2.7.2典型的密封材料/58

参考文献/59

第3章 永磁同步电机设计

3.1 概述/61

3.2 主要结构及零部件/62

3.2.1 基本结构/62

3.2.2 定子总成/63

3.2.3 转子总成/70

3.2.3 冷却结构/72

3.3 永磁同步电机的调速特性/75

3.3.1 电压方程式和相量图/75

3.3.2 功率和转矩/77

3.4 永磁同步电机的变频调速特性/77

3.4.1 电压极限椭圆和电流极限圆/78

3.4.2 恒转矩曲线和最大转矩/电流曲线/79

3.4.3弱磁控制与最大转矩电压比曲线/80

3.4.4 定子电流最佳控制运行/81

3.5 永磁同步电机多领域集成与多层面协同设计方法/84

3.5.1 基本设计准则/84

3.5.2 永磁同步电机多领域集成设计方法/85

3.5.3 永磁同步电机多层面协同仿真/90

3.5.4 样机设计及验证/94

参考文献/97

第4章 异步驱动电机

4.1概述/99

4.2异步驱动电机结构/100

4.2.1基本结构/100

4.2.2转子/101

4.2.3测速系统/103

4.3稳态工作特性/104

4.3.1 运行原理/104

4.3.2稳态运行特性/104

4.4异步驱动电机变频运行/108

4.4.1 恒磁通区的运行特性/108

4.4.2恒电压区驱动电机的运行特点/109

4.5基于多领域集成与多层面协同的异步驱动电机设计方法110

4.5.1 设计任务/110

4.5.2 设计流程/111

4.5.3 基于多领域集成与多层面协同的异步驱动电机设计方法/116

参考文献/121

第5章 高速减速器

5.1 概 述/123

5.1.1  高速减速器的工作原理/123

5.1.2基本类型/123

5.2主要结构及零部件/124

5.2.1减速机构/125

5.2.2驻车机构/134

5.2.3箱体/142

5.2.4差速器/143

5.2.5密封/144

5.3减速器的特性（高速性）及设计/144

5.3.1减速器的特性 /144

5.3.2减速器设计/144

5.4典型高速减速器产品/146

5.4.1  横置减速器/146

5.4.2  纵置减速器/148

5.4.3  两档减速器/149

参考文献/151

第6章 电驱动总成振动噪声

6.1　电驱动总成振动噪声/153

6.1.1　电驱动总成振动噪声的分类/153

6.1.2　机械振动噪声/154

6.1.3　气动噪声/155

6.1.4　谐波噪声/156

6.1.5　电磁振动噪声/156

6.1.6　减速器噪声/158

6.2　电驱动总成振动模态/159

6.2.1 电机振动模态/160

6.2.2减速器振动模态/161

6.3　电机径向电磁力/162

6.4　齿轮动态啮合力/164

6.4.1 齿轮啮合刚度激励/164

6.4.2 齿轮啮合误差激励 /166

6.4.3 齿轮啮合冲击激励 /167

6.4.4 减速器壳体辐射噪声/168

6.5　电驱动总成噪声的评价/168

6.5.1　基本声学参数/168

6.6　电驱动总成噪声的测量方法/173

6.6.1　测量要求/173

6.6.2　声功率级的测定/173

6.6.3　表面声压级的测定/174

参考文献/176

第7章 电机控制器的关键零部件

7.1 功率器件/179

7.1.1 IGBT功率器件/179

7.1.2 SiC功率器件/182

7.2 支撑电容/185

7.2.1 直流电容器参数需求/185

7.2.2 膜电容器技术特点/186

7.2.3 膜电容器关键技术/188

7.3 传感器/189

7.3.1 电流传感器/189

7.3.2 温度传感器/190

7.4 滤波器/191

7.4.1 滤波器基本需求/191

7.4.2 车用滤波器设计/192

参考文献/195

第8章 功率电路设计

8.1 电力电子集成设计方法/197

8.1.1 电力电子集成设计方法/197

8.1.2 冷却结构设计/198

8.2 电力电子集成设计实例/202

8.2.1 单控制器DC/AC/202

8.2.2 DC/AC+DC/DC集成控制器/204

8.2.3 集成双向DC/DC+双DC/AC控制器/206

参考文献/209

第9章 控制电路设计

9.1 MCU微处理器/211

9.1.1 飞思卡尔MPC5643L微处理器/211

9.1.2 飞思卡尔MPC5744P微处理器/214

9.1.3 英飞凌TC275微处理器/216

9.2 MCU控制电路设计/219

9.2.1 MCU供电电源配置/219

9.2.2 MCU外围电路配置/220

9.3控制电源设计/223

9.3.1 开关电源主要拓扑结构/223

9.3.2 反激式电源设计/228

9.4 信号处理电路设计/231

9.4.1 温度采样电路/231

9.4.2 电压采样电路/232

9.4.3 电流采样电路/232

9.4.4 旋变解码电路/233

9.5驱动电路设计/235

9.5.1 典型驱动电路的隔离方式/235

9.5.2 驱动电路参数设计/237

参考文献/239

第10章 驱动电机系统控制算法及软件架构

10.1 永磁同步电机控制方法/241

10.1.1 永磁同步电机矢量控制方法/241

10.1.2永磁同步电机直接转矩控制方法/245

10.1.3 永磁同步电机两种控制方法的比较/249

10.2 交流异步电机控制方法/250

10.2.1 基本控制方法/250

10.2.2交流异步电机动态数学模型/250

10.2.3交流异步电机矢量控制系统/253

10.2.4交流异步电机直接转矩控制系统/255

10.3 AutoSAR软件架构/257

10.3.1 基础软件层/258

10.3.2 应用层软件/265

10.4电机软件设计方法及流程/269

10.4.1 CMMI和ASPICE模型/269

10.4.2 MCU软件开发流程/270

10.4.3 MISRA C规范/271

参考文献/272

第11章 驱动电机系统功能安全开发

11.1 概述/273

11.1.1 功能安全标准273

11.2 概念阶段功能安全开发/276

11.3 系统功能安全开发/277

11.4 硬件功能安全开发/278

11.5 软件功能安全开发/280

11.6 功能安全产品生产发布/284

参考文献/285

第12章 DC/DC变换器

12.1 分类及原理/287

12.2 降压变换器/288

12.2.1电路结构/288

12.2.2工作原理/288

12.2.3工作模式/289

12.2.4CCM降压变换器的输出电压/289

12.2.5CCM降压变换器的电感纹波电流/291

12.2.6CCM降压变换器的电容纹波电压/291

12.2.7CCM与DCM的边界/292

12.2.8DCM电路的输出电压/293

12.3升压变换器/294

12.3.1电路结构/294

12.3.2工作原理/294

12.3.3CCM升压变换器的输出电压/295

12.3.4CCM升压变换器的电感纹波电流/296

12.3.5CCM升压变换器的电容纹波电压/297

12.3.6CCM和DCM的边界/297

12.3.7DCM电路的输出电压/297

12.4DC/DC组合电路/298

12.4.1半桥DC/DC电路/298

12.4.2H桥DC/DC电路/298

12.5DC/DC隔离变换器/299

12.5.1单端正激式变换器/300

12.5.2H桥式变换器/298

12.6 谐振式变换器/301

12.7DC/DC车载应用/302

12.7.1电驱动系统双向DC/DC转换器/302

12.7.2高低压变换隔离DC/DC变换器/303

12.7.348V混合动力系统DC/DC变换器/304

参考文献/305

第13章 驱动电机系统的电磁兼容技术

13.1 车用电机驱动系统电磁兼容机理/307

13.1.1 电磁干扰分类/307

13.1.2 差模干扰与共模干扰/308

13.1.3 车用电机驱动系统干扰源分析/309

13.1.4 车用电机驱动系统干扰传输路径分析/309

13.2 车用电机驱动系统电磁干扰防治/312

13.2.1 电路EMC设计准则/312

13.2.2 电磁干扰滤波器/317

13.2.3 优化驱动电路设计/321

13.2.4 改进高频调制策略/322

13.2.5 改进电路拓扑/325

13.2.6 应用举例/327

参考文献/330