双轮毂电机控制器设计(附件)
轮毂电动汽车具有节能、环保和机械结构更加简化等优点，并且跟能源和环境有关的问题都可以得到有效解决，具有广阔的发展前景。轮毂电机的驱动控制技术最为关键，它影响到电动车的整车性和平顺性等性能。本文主要对双轮毂电机控制器的驱动模块进行研究，简述无刷直流电机控制器的控制过程、MOSFET驱动电路要求和IR2110芯片的内部结构图，最后使用Altium Designer13软件设计绘制出左右车轮驱动电路原理图和PCB板图。 关键词 双轮毂电机，永磁无刷直流电机，电机控制器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 轮毂电机技术国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 课题的研究内容 3
2 双轮毂电机控制器驱动模块设计 4
2.1 轮毂电机的选择 4
2.2 驱动电路选择 4
2.3 IR2110芯片简介 5
2.4 驱动电路的设计 6
3 Altium designer13软件绘图 8
3.1 创建原理图文件 8
3.2 创建IR2110芯片 9
3.3 绘制电路图 10
结论 17
致 谢 18
参考文献 19
1 引言
1．1 课题的研究背景及意义
随着社会经济的不断发展和科技水平的不断提高，人们消耗汽车石油的数量逐年增加，但是全球石油储藏量却面临着比较严峻的形势。随着工业的飞速进步，新能源汽车出现了，这款新型汽车不再使用汽油作为能源，因此对环境的污染特别低，工作效率高，凭借其自身的优势势必会成为以后社会发展的需求品。根据中国有关部门的统计数据，全国机动车总保有量仅次于美国位居世界第二，在未来的一段时间里，我国将成为全世界上最大的汽车消费国家[2]。我相信在这样的背景下，新能源汽车必将会逐渐受到更多人的喜欢。
众所周知，电机驱动系统是电动汽车的一个关键部件，一直以来都是人们重点关注的问题。目前大部分电动汽车驱动都采用集中驱动模式，但 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
使这种模式有个缺点就是需要大量的变速装置，因此影响了电动汽车的整车效率和性能。如果电动汽车采用轮毂电机驱动，那么就可以克服这个缺点，这种方法越来越被人们关注和采用，我相信以后会有越来越多的电动汽车使用这种方法进行驱动[4]。轮毂电动机也被人们叫做车轮式电动机。使用轮毂电机驱动则 大大简化了电动汽车底盘的结构，又提高了电动汽车的转向灵活性。
1．2 轮毂电机技术国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
外国设计研发的电动汽车一直以来都比我国先进，比如在日本生产的两款IZA和KAZ电动汽车，它们的动力都是来源于轮毂电机。其中：IZA电动汽车的驱动方式是直接驱动，这种驱动方式提高了工作效率；KAZ电动车车轮没有以往车轮那么大，所以其质心高度会减小。IZA电动汽车有效路程达到两百多公里，最高车速达到一小时一百多公里[6]。
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图 1.1 IZA电动汽车
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图 1.2 KAZ电动汽车
2012年，日本又制造出了一辆Eliica电动汽车。这款埃莉卡电动车的车轮跟之前的电动汽车车轮相比非常小，因此这款电动汽车里面的空间非常大，提高了乘坐人员的舒服性。与此同时，这款电动汽车最高时速可以达到每小时三百多公里，超越了许多燃油汽车和大部分电动汽车。
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图 1.3 Eliica电动汽车
1.2.2 国内研究现状
虽然中国对轮毂电机的研究就比较晚，但是也生产出了属于自己的电动汽车。比如中国自己设计研发的RiqiXIEV纯电动汽车。这款电动车也是由轮毂电机驱动行驶，并且可以达到300公里的长行续里程。
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图 1.4 瑞麒XIEV纯电动汽车
另外中国某大学自主研发的 “春晖一号”和“春晖二号”两款电动汽车，它们都选用了4个永磁直流无刷电机。车辆车架呈扁平状，形状好似一块滑板。“春晖二号”功率更强劲，第一代车功率仅3.2千瓦，现在最大可达8.8千瓦。爬坡本领非常强，爬上十几度的坡，一点也不费劲。[8]
中国虽然能够生产电动汽车，但是生产的电动汽车跟欧洲和美国先进的电动汽车相比较仍然存在一定差的距，比如电动汽车的最高车速，最大爬坡度以及加速时间等等。所以我国需要加大对轮毂电机技术的研发力度，争取早日赶上欧美国家先进的步伐并且超越他们，引领全球电动汽车潮流。
1．3 课题的研究内容
本文主要根据轮毂电动汽车的电机驱动系统的特点，并结合电动车的使用性能，对轮毂电机系统进行研究设计，选用的电机是永磁无刷直流电机。本文的目的就是设计一种性能优良，高性价比的控制系统，我们主要完成以下工作：
查阅相关的资料，了解国内国外轮毂电动汽车的发展状况，为轮毂电机控制器的设计做好准备。
了解永磁无刷直流电机的工作原理，结合无刷直流电机的控制需求，设计双轮毂电机控制器的驱动模块。
应用Altium Designer13绘制出相应的PCB板图。
2 双轮毂电机控制器驱动模块控制设计
2.1轮毂电机的选择
电动机是电动汽车的唯一动力件。电机的性能影响着电动汽车的整车性能。电动车如果想要良好的行驶性能，驱动电机一定要具备以下的要求：过载能力强，高转速和很大的启动转矩。电机类型不同，因而性能也就不同。目前常用的电机类型主要有永磁无刷直流电机(PMSM）、永磁同步电机(BLDCM)、直流电机(DCM)以及感应机（IM)等，上述四种电动机性能对比如下表2.1所示[5]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 轮毂电机技术国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 课题的研究内容 3
2 双轮毂电机控制器驱动模块设计 4
2.1 轮毂电机的选择 4
2.2 驱动电路选择 4
2.3 IR2110芯片简介 5
2.4 驱动电路的设计 6
3 Altium designer13软件绘图 8
3.1 创建原理图文件 8
3.2 创建IR2110芯片 9
3.3 绘制电路图 10
结论 17
致 谢 18
参考文献 19
1 引言
1．1 课题的研究背景及意义
随着社会经济的不断发展和科技水平的不断提高，人们消耗汽车石油的数量逐年增加，但是全球石油储藏量却面临着比较严峻的形势。随着工业的飞速进步，新能源汽车出现了，这款新型汽车不再使用汽油作为能源，因此对环境的污染特别低，工作效率高，凭借其自身的优势势必会成为以后社会发展的需求品。根据中国有关部门的统计数据，全国机动车总保有量仅次于美国位居世界第二，在未来的一段时间里，我国将成为全世界上最大的汽车消费国家[2]。我相信在这样的背景下，新能源汽车必将会逐渐受到更多人的喜欢。
众所周知，电机驱动系统是电动汽车的一个关键部件，一直以来都是人们重点关注的问题。目前大部分电动汽车驱动都采用集中驱动模式，但 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
使这种模式有个缺点就是需要大量的变速装置，因此影响了电动汽车的整车效率和性能。如果电动汽车采用轮毂电机驱动，那么就可以克服这个缺点，这种方法越来越被人们关注和采用，我相信以后会有越来越多的电动汽车使用这种方法进行驱动[4]。轮毂电动机也被人们叫做车轮式电动机。使用轮毂电机驱动则 大大简化了电动汽车底盘的结构，又提高了电动汽车的转向灵活性。
1．2 轮毂电机技术国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
外国设计研发的电动汽车一直以来都比我国先进，比如在日本生产的两款IZA和KAZ电动汽车，它们的动力都是来源于轮毂电机。其中：IZA电动汽车的驱动方式是直接驱动，这种驱动方式提高了工作效率；KAZ电动车车轮没有以往车轮那么大，所以其质心高度会减小。IZA电动汽车有效路程达到两百多公里，最高车速达到一小时一百多公里[6]。
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图 1.1 IZA电动汽车
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图 1.2 KAZ电动汽车
2012年，日本又制造出了一辆Eliica电动汽车。这款埃莉卡电动车的车轮跟之前的电动汽车车轮相比非常小，因此这款电动汽车里面的空间非常大，提高了乘坐人员的舒服性。与此同时，这款电动汽车最高时速可以达到每小时三百多公里，超越了许多燃油汽车和大部分电动汽车。
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图 1.3 Eliica电动汽车
1.2.2 国内研究现状
虽然中国对轮毂电机的研究就比较晚，但是也生产出了属于自己的电动汽车。比如中国自己设计研发的RiqiXIEV纯电动汽车。这款电动车也是由轮毂电机驱动行驶，并且可以达到300公里的长行续里程。
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图 1.4 瑞麒XIEV纯电动汽车
另外中国某大学自主研发的 “春晖一号”和“春晖二号”两款电动汽车，它们都选用了4个永磁直流无刷电机。车辆车架呈扁平状，形状好似一块滑板。“春晖二号”功率更强劲，第一代车功率仅3.2千瓦，现在最大可达8.8千瓦。爬坡本领非常强，爬上十几度的坡，一点也不费劲。[8]
中国虽然能够生产电动汽车，但是生产的电动汽车跟欧洲和美国先进的电动汽车相比较仍然存在一定差的距，比如电动汽车的最高车速，最大爬坡度以及加速时间等等。所以我国需要加大对轮毂电机技术的研发力度，争取早日赶上欧美国家先进的步伐并且超越他们，引领全球电动汽车潮流。
1．3 课题的研究内容
本文主要根据轮毂电动汽车的电机驱动系统的特点，并结合电动车的使用性能，对轮毂电机系统进行研究设计，选用的电机是永磁无刷直流电机。本文的目的就是设计一种性能优良，高性价比的控制系统，我们主要完成以下工作：
查阅相关的资料，了解国内国外轮毂电动汽车的发展状况，为轮毂电机控制器的设计做好准备。
了解永磁无刷直流电机的工作原理，结合无刷直流电机的控制需求，设计双轮毂电机控制器的驱动模块。
应用Altium Designer13绘制出相应的PCB板图。
2 双轮毂电机控制器驱动模块控制设计
2.1轮毂电机的选择
电动机是电动汽车的唯一动力件。电机的性能影响着电动汽车的整车性能。电动车如果想要良好的行驶性能，驱动电机一定要具备以下的要求：过载能力强，高转速和很大的启动转矩。电机类型不同，因而性能也就不同。目前常用的电机类型主要有永磁无刷直流电机(PMSM）、永磁同步电机(BLDCM)、直流电机(DCM)以及感应机（IM)等，上述四种电动机性能对比如下表2.1所示[5]。
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