北汽EV160永磁同步电机的结构分析与优化

北汽EV160 永磁同步电机结构如图1-2-19 所示。

图1-2-19　EV160 永磁同步电机结构

1，3—端盖；2—水道；4—后轴承；5—旋变；6—接线盒；7—动力线；8—转子；9—定子；10—电机轴

机壳中含有冷却水道，电机端盖上有旋转变压器，用以监测转子位置。控制器解码后可以获知电机转速，定子上有2 个温度传感器，埋设在定子绕组中，用以监测电机的绕组温度，控制器可以通过加速冷却风扇运转与降功率运行等措施保护电机避免过热，如图1-2-20、图1-2-21 所示。

图1-2-20　旋变与温度传感器

图1-2-21　温度传感器与冷却液口

旋转变压器是转子位置传感器，用于确定电机转子的位置，便于电机控制器输出正确相位和频率的电压控制电机运转。旋转变压器转子安装在电机转子上，随其共同转动，旋转变压器定子安装在驱动电机后盖上，如图1-2-22 和图1-1-23 所示。

图1-2-22　旋转变压器定子

图1-2-23　旋转变压器转子

旋转变压器用来测定转子磁极位置从而为电机控制器内的逆变器（IGBT 模块）提供正确的换向信息，作为角度位置传感元件，常用的有：光学编码器、磁性编码器和旋转变压器。由于制造和精度的原因，磁性编码器没有其他两种普及。光学编码器的输出信号是脉冲，因为是天然的数字信号，数据处理比较方便，因而得到了很好的应用，但信号处理电路比较复杂，价格较高。旋转变压器具有特别优良的可靠性和足够高的精度，适应更高的转速，在永磁同步电机领域逐渐替代了光学编码器，应用越来越广泛。

从原理上看，旋转变压器相当于一台可以转动的变压器。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角呈线性关系，如图1-2-24 所示。

图1-2-24　旋转变压器原理

旋转变压器定子上绕有励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组。每个齿上的励磁绕组匝数相等，相邻两齿励磁绕组绕向相反，如图1-2-25 所示。

图1-2-25　旋转变压器励磁绕组匝数与绕向

旋转变压器定子齿上正弦绕组的匝数随定子次序呈正弦分布，然后交替反向，具体方向也服从正弦分布，如图1-2-26 所示。

定子齿上余弦绕组的匝数随定子次序呈余弦分布，绕向与正弦分布相似，如图1-2-27所示。(www.xing528.com)

图1-2-26　旋转变压器正弦绕组匝数与绕向

图1-2-27　旋转变压器余弦绕组匝数与绕向

旋转变压器定子上有激励绕组、正弦绕组和余弦绕组，转子上有4 个凸起，电机工作时，旋转变压器定子绕组上的激励绕组产生频率为10 kHz，幅值为7.5 V 的正弦波形作为基准信号，当电机转子与旋转变压器转子一起转动时，旋转变压器转子转过定子线圈，改变了定子线圈与转子之间的磁通，使得正弦绕组和余弦绕组受激励绕组感应，信号幅值产生一定变化，呈正弦和余弦波形。波形的幅值和相位因与电机转子同转的旋转变压器转子的变化而变化，由此可判断出电机转子的位置、转速及旋转方向，旋变波形如图1-2-28 所示。

驱动电机外形如图1-2-29 所示，从左至右由电机吊装支架、旋转变压器盖、电机接线盒、左端盖、电机壳体（包括定子与转子）、右端盖组成，如图1-2-29 所示。

EV160 驱动电机的转子外形如图1-2-30 所示。转子由硅钢片叠压而成，内部嵌有永磁体，两端有轴承支撑转子的旋转运动，左端是电机转子带有花键的输出轴。

图1-2-28　旋转激励绕组与正弦绕组信号波形

图1-2-29　驱动电机外形

图1-2-30　EV160 驱动电机的转子外形

EV160 驱动电机定子共有3 相绕组形成定子绕组，定子绕组内埋设有温度传感器，用来监控电机定子温度，当温度过高时，电动冷却液循环泵将加速运转给电机降温，电机外壳上有一进一出两个水管，用于冷却液循环给定子降温，如图1-2-31 所示。

图1-2-31　驱动电机定子构造

驱动电机系统状态和故障信息会通过整车CAN 网络上传给整车控制器（VCU），传输通道是两根信号线束，如图1-2-32 所示，分别是电机到控制器的19pin 插件和控制器到VCU 的35pin 插件。

图1-2-32　驱动电机19pin 插头位置

驱动电机低压控制信号接口的定义如表1-1-2 所示。

表1-1-2　驱动电机低压控制信号接口的定义