张前等：车载超高速永磁无刷电机驱动器 ·1567· 平衡温度均低于脉冲宽度调制驱动，且随着转速升高， h 两种驱动方式引起的温差有继续增大的趋势.通过该 实验可以看出，方波驱动在定转子上引起的温升明显 小于脉冲宽度调制驱动，这就为本文选择方波驱动作 空压机机动 为最终设计方案提供了实验依据. 110 一方波定子 100 。一方波转子 图3空气压缩机系统实物图.(a)空气压缩机：(b)电机驱 90 盒一PWM定子 动器 一PWM转子 o Fig.3 Picture of the air compressor system:(a)air compressor: 转子 (b)motor driver 70 60 表1空气压缩机电机参数 50 Table 1 Air compressor motor parameters 0 电机参数 设计值 30 定子 额定功率/kW 12 1000015000200002500030000350004000045000 额定转速/(r·miml) 100000 转速rmin 极对数 1 图2方波及脉神宽度调制驱动下定转子温升 线电感/μH 0 Fig.2 Temperature rise of stators and rotors under square and PWM 线电阻/m2 40 drives 额定电压/V 250 2驱动器关键技术研究 额定电流/A 50 电池电压/V 250~420 2.1驱动系统概述 反电动势 正弦 图3所示为100000rmin1、12kW的燃料电池汽 车空压机用超高速永磁无刷电机（图3(a)及其驱动 的可以随控制要求改变的直流电压V。.驱动器采用无 器（图3(b)),电机设计参数如表1所示.由于车辆中 位置传感器控制5-)，通过硬件对反电动势信号V。、 存在水冷系统，因此在电机定子外壳及驱动器底部均 V和V进行处理，得到反电动势过零点信号S、S和 设有水冷，采用水冷系统不仅可以达到更好的冷却效 S。,逻辑控制模块通过三相过零点信号来计算速度和 果而且可以极大地减小驱动器的体积.驱动器中损耗 控制逆变器导通方式，采用PI调节器改变占空比并将 较大的器件，包括Buck变换器电感、滤波电容和斩波 脉冲宽度调制信号送入Bu©k变换器中以实现速度闭 开关以及三相逆变器均固定于水冷底板，以增强散热 环控制，驱动器可以通过联合测试工作组(TAG)模块 效果 进行调试，通过控制器局域网络(CAN)总线模块与燃 驱动系统结构框图如图4所示，通过前置Bu©k变 料电池汽车上位机进行通讯，电流传感器模块可以实 换器对输入电压'进行调节，给逆变器提供一个稳定 现电流监测和保护 逆变器 Buck 无刷 变换器 电机 电流 传感器 TAG 逻辑控制 反电势 上位机 处理 CAN总线 图4驱动系统结构框图 Fig.4 Structure diagram of the drive system张 前等: 车载超高速永磁无刷电机驱动器 平衡温度均低于脉冲宽度调制驱动,且随着转速升高, 两种驱动方式引起的温差有继续增大的趋势. 通过该 实验可以看出,方波驱动在定转子上引起的温升明显 小于脉冲宽度调制驱动,这就为本文选择方波驱动作 为最终设计方案提供了实验依据. 图 2 方波及脉冲宽度调制驱动下定转子温升 Fig. 2 Temperature rise of stators and rotors under square and PWM drives 2 驱动器关键技术研究 2郾 1 驱动系统概述 图 3 所示为 100000 r·min - 1 、12 kW 的燃料电池汽 车空压机用超高速永磁无刷电机(图 3( a))及其驱动 图 4 驱动系统结构框图 Fig. 4 Structure diagram of the drive system 器(图 3(b)),电机设计参数如表 1 所示. 由于车辆中 存在水冷系统,因此在电机定子外壳及驱动器底部均 设有水冷,采用水冷系统不仅可以达到更好的冷却效 果而且可以极大地减小驱动器的体积. 驱动器中损耗 较大的器件,包括 Buck 变换器电感、滤波电容和斩波 开关以及三相逆变器均固定于水冷底板,以增强散热 效果. 驱动系统结构框图如图 4 所示,通过前置 Buck 变 换器对输入电压Vi进行调节,给逆变器提供一个稳定 图 3 空气压缩机系统实物图 郾 ( a) 空气压缩机; ( b) 电机驱 动器 Fig. 3 Picture of the air compressor system: ( a) air compressor; (b) motor driver 表 1 空气压缩机电机参数 Table 1 Air compressor motor parameters 电机参数 设计值 额定功率/ kW 12 额定转速/ (r·min - 1 ) 100000 极对数 1 线电感/ 滋H 80 线电阻/ m赘 40 额定电压/ V 250 额定电流/ A 50 电池电压/ V 250 ~ 420 反电动势 正弦 的可以随控制要求改变的直流电压 Vo . 驱动器采用无 位置传感器控制[15鄄鄄19] ,通过硬件对反电动势信号 Va、 Vb和 Vc进行处理,得到反电动势过零点信号 Sa、Sb和 Sc,逻辑控制模块通过三相过零点信号来计算速度和 控制逆变器导通方式,采用 PI 调节器改变占空比并将 脉冲宽度调制信号送入 Buck 变换器中以实现速度闭 环控制,驱动器可以通过联合测试工作组( JTAG)模块 进行调试,通过控制器局域网络(CAN)总线模块与燃 料电池汽车上位机进行通讯,电流传感器模块可以实 现电流监测和保护. ·1567·