1、精品文檔豐田普銳斯電機(jī)及驅(qū)動限制系統(tǒng)解析作為全球最成功的環(huán)保車型,豐田普銳斯PRIUS早已成為油電混合動力車型中 的全球銷量冠軍,即使在我們的身邊,也經(jīng)常可以見到它們的身影.目前,在國內(nèi)生產(chǎn) 的豐田普銳斯PRIUS是采用豐田第二代混合動力系統(tǒng),集發(fā)動機(jī)和電動機(jī)組合而成 的并行混合動力車圖1.MG2HV 蓄電池孑二=二二二二 F行星齒輪組：叵*C發(fā)動機(jī)八、 ooooK1 *扮輪組丁一一一!BAHE.F混合動力變速驅(qū)動橋:機(jī)械傳輸路線 -電動傳輸路線圖1豐田第二代混合動力系統(tǒng)示意圖豐田第二代混合動力系統(tǒng)THS-U ,可以根據(jù)車輛行駛狀態(tài),靈活地使用 2 種動力源,并且彌補(bǔ)2種動力源之間缺乏之處,從

2、而降低燃油消耗,減少有害氣體排放, 發(fā)揮車輛的最大動力.由于其 THS-H電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)先進(jìn),本文將為 大家詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及根本原理,以幫助讀者更進(jìn)一步了解THS-H系統(tǒng).一、THS-H電機(jī)及驅(qū)動限制系統(tǒng)的特點(diǎn)1. 在電動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間采用 AC500V高壓電路傳輸,可以極大地降低動力傳輸 中電能損耗,高效地傳輸動力.2. 采用大功率電機(jī)輸出,提升電機(jī)的利用率.當(dāng)發(fā)動機(jī)工作效率低時,此系統(tǒng) 可以將發(fā)動機(jī)停機(jī),車輛依靠電機(jī)動力行駛.3. 極大地增加了減速和制動過程中的能量回收,提升能量的利用率.二、THS-H電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)根本組成1. HV蓄電池：由168個單格鎳氫電瓶1.2

3、V X6個電瓶X 28個模塊組成,額 定電壓DC201.6V,安裝在車輛后備廂內(nèi).在車輛起步、加速和上坡時, HV蓄電池將電 能提供應(yīng)驅(qū)動電機(jī).2. 混合動力變速驅(qū)動橋：混合動力變速驅(qū)動橋由發(fā)電機(jī)MG1驅(qū)動電機(jī)MG2ffi行星齒輪組成圖2.M92行顯歯輪裝置怛2混合動力變速驅(qū)動橋3. 變頻器：由增壓轉(zhuǎn)換器、逆變整流器、直流轉(zhuǎn)換器、空調(diào)變頻器組成.1增壓轉(zhuǎn)換器：將HV蓄電池DC201.6V電壓增壓到DC500V反之從DC500V降 壓到 DC201.6V.2逆變整流器：將 DC500V專換成AC500V給電動機(jī)MG2供電.反之將 AC500V 轉(zhuǎn)換成DC500V經(jīng)降壓后,給HV蓄電池充電.3直流

4、轉(zhuǎn)換器：將HV蓄電池DC201.6V降為DC12V為車身電器供電,同時為 備用蓄電池充電.4空調(diào)變頻器：將HV蓄電池DC201.6V轉(zhuǎn)換成AC201.6V交流電為空調(diào)系統(tǒng)中電 動變頻壓縮機(jī)供電.4. HV限制ECU采用32位計(jì)算機(jī),接收來自傳感器和EC發(fā)動機(jī)ECU HV蓄電 池ECU制動防滑限制ECU電動轉(zhuǎn)向ECU信息.根據(jù)此信息,計(jì)算車輛所需的扭矩和功率,將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給發(fā)動機(jī) ECU變頻器總成,蓄電池ECU和制動防滑限制ECU三、THS-H系統(tǒng)電機(jī)MG1 MG2工作原理交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,應(yīng)用的交流永磁驅(qū)動電機(jī)有兩大類.一類稱為無刷直流 同步電動機(jī)BDCM,另一類稱為三相永磁同步電動機(jī)PM

5、SM,THS-U系統(tǒng)的電機(jī)MG1 MG2屬于BDCMfe型的驅(qū)動電機(jī).BDCM用裝有永磁體轉(zhuǎn)子代替了有刷直流電動機(jī)的定子磁極.有刷直流電動機(jī)依 靠機(jī)械換向器,將直流電流轉(zhuǎn)換成近似梯形波的交流電流.而 BDCK是將逆變器產(chǎn)生的 方波交流電流直接輸入電機(jī)定子繞組,省去了機(jī)械換向器和電刷. BDCMI子繞組中通入三相方波交流電流.定子繞組上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,生成與永磁 轉(zhuǎn)子磁場在空間位 置成正交的電樞反響磁場.在轉(zhuǎn)子永磁鐵磁場的作用下,電樞反響磁場以反作用電磁力 驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)圖3.吸弓IY；來自變頻器# ；屯機(jī)內(nèi)甌法 圖3 THS-II系統(tǒng)電機(jī)工作原理四、THS-H電機(jī)MG1 MG2結(jié)構(gòu)1.

6、 MG1 MG2定子繞組采用三相丫形連接,每相由4個繞組并聯(lián),可以在給電 機(jī)輸入較大電流下,獲得最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩脈動.2. MG1 MG2永磁體轉(zhuǎn)子：采用稀土永磁材料作為永磁鐵,安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi) 部內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子.轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁鐵為“ V'形,這樣永磁體既有徑向充磁,又有 橫向充磁,有效集中了磁通量,提升電機(jī)的扭矩圖4.從永磁轉(zhuǎn)子的磁路特點(diǎn)分析, 內(nèi)埋式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),改變了電機(jī)交、直軸磁路,可以改善電機(jī)的調(diào)速特性,拓寬速度 范圍.精品文檔MG2W 子94電動機(jī)永椿體轉(zhuǎn)子示盍圈3. MG1、MG2軍角傳感器：為了滿足電機(jī)靜止啟動和全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩波動的控 制目的,需要利用解角傳感器精確地

7、測量 MG1 MG2永磁轉(zhuǎn)子磁極位置和速度.解角傳 感器是采用電磁感應(yīng)原理制成的旋轉(zhuǎn)型感應(yīng)傳感器,它由定子和轉(zhuǎn)子組成圖5.轉(zhuǎn)速傳感器f解宦傳感器線圈S轉(zhuǎn)速傳感器 解角傳釀器-嫌化側(cè)一輸出側(cè)圖5電動機(jī)解角傳感器示竟圖橢圓型轉(zhuǎn)子與MG1 MG2勺永磁轉(zhuǎn)子相連接,同步轉(zhuǎn)動.橢圓型轉(zhuǎn)子外圓曲線 代表著永磁轉(zhuǎn)子磁極位置.定子包括1個勵磁線圈和2個檢測線圈,2個檢測線圈S和 C軸線在空間坐標(biāo)上正交,HVECU按預(yù)定頻率的交流電流輸入勵磁線圈 A,隨著橢圓型 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子和定子間的間隙發(fā)生變化,就會在檢測線圈S和C上感應(yīng)出相位差90°正弦、余弦感 應(yīng)電流,HV ECU艮據(jù)檢測線圈S和C感應(yīng)電流

8、的波形相位和幅值, 以及波形的脈沖次數(shù)圖6,計(jì)算出MG1和 MG2永磁轉(zhuǎn)子的磁極位置和轉(zhuǎn)速值信號, 作為HV ECU寸電機(jī)MG1 MG2矢量限制的根底信號.五、THS-H系統(tǒng)變頻器電路THS-n系統(tǒng)變頻器主要電路是由電力半導(dǎo)體功率器件絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊組成,變頻器總成內(nèi)的升壓轉(zhuǎn)換器、逆變 /整流器擔(dān)負(fù)著提供電機(jī)MG1 MG2的電能轉(zhuǎn)換與調(diào)控任務(wù)圖7.V4ffi? THST系蜒變頻器電蹈團(tuán)1. 升壓轉(zhuǎn)換器升壓直流斬波電路由HV蓄電池、電抗器L、絕緣柵雙極型晶體管V8、二極管 D7、電容器C組成圖8.升壓時,HV ECU導(dǎo)通和關(guān)斷絕緣柵雙極型晶體管 V8的控 制極絕緣柵雙極型晶體管V8

9、起開關(guān)作用,使電抗器L上的感應(yīng)電動勢與HV蓄電池 DC201.6V電壓疊加提供高壓電源.降壓直流斬波電路由發(fā)電機(jī) MG1逆變/整流器、絕緣柵雙極型晶體管V7、二極 管D8電抗器L、電容器C1組成圖9.降壓時,HV ECU利用絕緣柵雙極型晶體管 V7導(dǎo)通,把DC500V降壓為平均值DC201.6V的直流電壓,向HV蓄電池充電.I# 口K1E D團(tuán)9降壓直流新波電路團(tuán)2. 逆變/整流器逆變電路以供應(yīng)MG2電源為例由絕緣柵雙極型晶體管 V1-V6、續(xù)流二極管 D1-D6和電容器C組成電壓型三相橋式逆變電路.由 VH ECU觸發(fā)絕緣柵雙極型晶體管 限制極,使V1V6快速導(dǎo)通和關(guān)斷,強(qiáng)行將DC500V4

10、流電轉(zhuǎn)換成三相AC500V交流電. 如果改變V1V6的觸發(fā)信號頻率和時間,就能改變逆變器輸入電機(jī) MG2定子繞組電流 空間相量的相位和幅值,以適應(yīng)電機(jī)MG2的驅(qū)動需要.反之,電機(jī)MG2在車輛減速或制 動時產(chǎn)生再生制動電能,經(jīng)絕緣柵雙極型晶體管 V1V6全控型橋式整流電路整流降壓 后,向HV蓄電池充電.六、THS-H電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的限制THS- U電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的限制核心組件是 HVECU在HVECU中,變頻器對電機(jī)MG2 輸出電流轉(zhuǎn)換的絕緣柵雙極型晶體管模塊IGBT模塊的驅(qū)動限制電路如圖10所示, 圖中劃線部份是變頻器限制逆變電路的微處理器. 微機(jī)儲存的電機(jī)MG2®度指令與電機(jī) MG2解

11、角傳感器的速度反響信號進(jìn)行比擬, 速度限制器輸一個直流電流指令信號, 經(jīng)過 與電機(jī)MG2解角傳感器的 轉(zhuǎn)子磁極位置信號相乘,得到電機(jī) MG2工作所需的電流指令 信號,參考跟蹤電機(jī)MG取際工作電流信號,通過PWM匕較器脈沖寬度調(diào)制計(jì)算后, 轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號輸出.圖鶴IGBT摸塊藝動養(yǎng)制定躍圖也馥韶蟒為奎妁器樓制送變電謝ttiHl界?該信號經(jīng)過隔離電路后,直接驅(qū)動變頻器三組逆變電路IGBT模塊中V1V6限制極快速導(dǎo)通與關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)變頻器輸出電流的逆變、換相和定向目的.七、維修THS-H電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)考前須知1. 首先必須區(qū)分THS-H電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高壓回路部份的電線和連接器都為橙 色,并與其他線路及車身絕緣.2. 在檢查THS-H電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高壓電路之前, 必須戴上絕緣手套,拆