基于轮毂电机驱动的电动汽车技术探讨

　　(4)天津一汽

　　采用前舱集中驱动和后轮轮毂电机驱动的混联方案;外转子安装制动器后外面连接轮辋;原有的前轮驱动问题：采用避让原则，空间小;标称7.5k W的轮毂电机(实际额定5k W)，最高车速可达到90 公里，同时由于转矩小，启动较慢。

　　五、电机控制原理

　　直流无刷控制的原理，控制器读取霍尔信号判断电机转子所在扇区，决定逆变桥桥臂的开关逻辑。方波控制实质上是比较简单的六步换向操作，任意时刻都存在一相定子绕组处于正向导通，即相电流正向流出;第二相定子绕组内反相导通，即相电流反向流入;第三组不通电。电磁力矩来源于定子绕组产生磁场吸引着转子磁场不断转动，若忽略磁阻转矩(表贴式永磁同步电机)，定子绕组产生的交轴磁场产生了全部的电磁力矩;相反，当这定转子磁场重合时，即定子的直轴磁场对转子磁钢的相互作用，产生的电磁转矩为零。所以，需要不停的改变定子磁场的位置，来驱动转子磁钢的不断转动，控制定子磁场总是领先于转子磁

　　场一定角度，从而形成了永磁体的磁场总是在追赶绕组合成磁场。控制器检测转子磁场所在的扇区，然后控制绕组产生指向下一个扇区的磁场，控制转子转动一周只需改变定子绕组六次即可。但是，由于轮毂电机的极对数通常不为，所以每完成一个通电周期意味着转子仅仅是转动了电角度一圈，并未实现转子机械角度一周，所以转子转动机械角度一周需要的换向周期数和极对数相同。

　　这种控制主要实现电机的转速控制。通过读取霍尔传感器的位置信号，判断转子位置，同时电机转速控制器对电机的转速做闭环控制，由于电压与转速成正比，控制输出的相电压即可实现转速控制。这种控制方法通过简单的六步换向改变电枢磁场，引领转子转动，在任意时刻仅有两相绕组导通。具体控制流程如图：

　　图 7 方波控制逻辑框图

　　方波控制采用霍尔元件作为位置传感器。3个霍尔分别安置在电角度为0°，120°和240°的位置，如图8所示，将360°电角度分割成6个扇区。控制器检测转子所在扇区，控制电枢磁场指引转子转向下一个扇区。

　　图 8 扇区示意图

　　六、电机驱动漏电现象

　　原因大致有以下几类：

　　图9 电机的漏电现象

　　七、电流检测方案

　　目前来说，运用霍尔传感器(Hall Current Sensor)或电流互感器(Current transformer)对功率变换器上直流母线电流进行反馈检测的方式具备多方面的局限性。因为通过主开关器件的电流普遍相对较大 ,所采用的霍尔器件或电流互感器的额定参数也必须较大，此时方案体积大、成本高。 另外，其不便于实现功率变换器的高功率密度 。

　　本文介绍一种新颖的方案——基于半导体器件构成的电流检测电路 ,其可以直接在功率变换器的控制PCB板上布置电路, 不仅成本低廉 ,体积小,安装方便 ,而且性能良好, 还可以同功率变换器固化在一起形成专用集成电路(ASIC)。

　　图 10 基于MOSFET的电流检测电路

　　电路工作原理 (如图10所示)：

　　下桥 的驱动信号为L0

　　(1)当 L0为 时, 下桥 MOSFET管的Q关闭状态 ,D2右端V1信号点为二极管的管压降0.5v, 此时 ， U1的正向输入端为0.5V, 负向输入端电压为10V，此时U1输出为低电平 , U2输出也为低电平 , LM339是集电极开路输出方式, 同样存在导通压降V2的问题 , 故将信号VO1减去信号VO2, 消除LM339因导通压降引起的检测误差，起到消除输入误差的作用。

　　(2)当L0为12V时, 下桥MOSFET管Q为导通状态 , D2右端V1点信号为12v, 此时, U1的正向输入端为12V, 负向输入端电压为10V, U1输出为高阻态 , VO1的电压为Q内阻上的压降加上快恢复二极管D1的压降 , 同时, U2输出也同样为高阻态 , VO2的电压为二极管D3的压降。通过运放TLC2274组成的减法电路将信号VO1减去信号VO2, 可得到Q内阻上的压降。

　　图 11 各点对应的波形图

　　开关管管压降和电流检测电路相关点的波形分析如图 3所示。采用120°两两导通方式中, 在电动或制动状态 ,总有一个下桥臂处于工作状态 ,故 3个下桥臂的导通压降之和约等于电机绕组的平均电流 。

　　T1和T3是导通时刻 , T2是MOSFET关断时刻 ,DV1是导通时D3的管压降,V2为导通压降 。在该检测电路中,U3起到是过流保护的功能 , 当VO1的电压大于1.5V时 ,U3的输出为低电平(过流信号)。