Ⅱ系统电动机驱动控制

1.电动机结构

转子采用稀土永磁材料作为永磁铁，安装在转子铁芯内部（内埋式永磁转子）。转子内的永磁铁为“V”形，如图8-45所示。这样永磁体既有径向充磁，又有横向充磁，有效集中了磁通量，提高电动机的扭矩。从永磁转子的磁路特点分析，内埋式永磁转子结构，改变了电动机交、直轴磁路，可以改善电动机的调速特性，拓宽速度范围。新款普锐斯中，在优化结构后，MG2转子内的永磁铁变为V形结构，使扭矩和输出功率增大。这样在功率输出方面，已经比旧款普锐斯提高了50%。

图8-45　永磁体的结构

2.电动机控制

为了满足电动机静止起动和全转速范围内转矩波动的控制目的，需要利用解角传感器精确地测量MG1、MG2永磁转子磁极位置和速度。解角传感器是采用电磁感应原理制成的旋转型感应传感器，它由定子和转子组成。椭圆形转子与MG1、MG2的永磁转子相连接，同步转动。椭圆形转子外圆曲线代表着永磁转子磁极位置。交流伺服驱动系统中，应用的交流永磁驱动电动机有两大类：一类称为无刷直流同步电动机（BDCM），另一类称为三相永磁同步电动机（PMSM），THSⅡ系统的电机（MG1、MG2）属于BDCM类型的驱动电机。BDCM用装有永磁体转子代替了有刷直流电机的定子磁极。有刷直流电动机依靠机械换向器，将直流电流转换成近似梯形波的交流电流，而BDCM是将逆变器产生的方波交流电流直接输入电机定子绕组，省去了机械换向器和电刷。BDCM定子绕组中通入三相方波交流电流，定子绕组上会产生感应电动势，生成与永磁转子磁场在空间位置成正交的电枢反应磁场。在转子永磁铁磁场的作用下，电枢反应磁场以反作用电磁力驱动永磁转子同步旋转。

注意：MG2电机本身驱动汽车的能量来自于燃油，所以不能使汽车节油，MG2在混合动力加速和纯电状态时起电动机作用，当为减速或小负荷高车速时或蓄电池电能不足时，由MG2向蓄电池供电。

永磁电动机结构和改进控制后效率提高如图8-46所示，直流换流后的三相交流电经过定子线圈的三相绕组时电机内产生旋转磁场。但只有通过转子旋转位置和转速识别后才能进行起动方向的相序控制和力矩控制。扭矩大小可通过调节每相中的电流进行控制，转速由交流电的频率控制。

图8-46　永磁电机的结构和改进控制后效率提高

例如在现有的低速和高速控制方法的基础上，对于MG2控制，在MG2的中速范围内引入了新研制的调控制系统。通过改进脉冲宽度调谐方法，中速范围内的输出功率提高了近30%。

3.电动机解角传感器

为进行电动机初始起动方向和运动过程控制，转速传感器和解角传感器原理如图8-47所示。传感器的定子包含3个线圈，输出线圈B和C相位交错90°。由于转子是椭圆形的，定子和转子间的距离随转子的旋转发生变化。这样，交流电通过线圈A后，与传感器转子位置相对应的信号由线圈B和C产生。然后，从这些信号的差异中可检测到其绝对位置。此外，在一定时间内的位置变化量由HV ECU计算，使这个传感器起转速传感器的作用。这种结构极其紧凑、具有高稳定性的传感器可精确地检测到磁极位置，这对MG1和MG2的有效控制起到了非常重要的作用。

图8-47　转速传感器和解角传感器原理