浅析宝马F18PHEV电动机的结构与原理

F18 PHEV中的电动机是一台永久励磁的同步电动机。它能将高压蓄电池的电能转换成动能，由此驱动车辆。车辆既能在电动模式中以不超过120km 的时速行驶，也能对发动机提供支持，例如，在超车过程中（加速功能），或者在换挡时主动支持发动机的扭矩。

相反的，在制动时和滑行模式中电动机将动能转化成电能并提供给高压蓄电池（能量回收）。

如下图所示，混合动力组件作为单独的组件集成在变速箱钟形罩中，占据了液压变矩器在变速箱壳体中的安装空间。电动机主要组件有转子和定子、接口、转子位置传感器、冷却装置。

F18 PHEV 电动机的安装位置和辅助组件

1—高压蓄电池单元；2—电动机－ 电子伺控系统；3—防松环；4—电动机盖板；5—辅助扭转减震器；6—分离离合器；7—电动机；8—空心轴

F18 PHEV 中的混合动力系统是所谓的“并联式混合动力系统”。发动机和电动机均与驱动轮机械连接。车辆驱动时，两个驱动系统既能单独使用也能同时使用。电动机内部结构如下图所示。

F18 PHEV 电动机的内部结构

1—定子；2—永久磁铁；3—转子；4—带分离离合器外壳的空心轴

F18 PHEV 中的电动机（牵引电动机）结构采用内部转子的形式。“内部转子”表示带永久磁铁的转子呈环形排布在内部。产生旋转场的绕组位于外部并构成定子。F18 PHEV 的电动机有8 对极偶。定子固定在转子空心轴上的一个法兰上方，空心轴与变速箱输入轴相嵌连接（下图）。

F18 PHEV 电动机接口

1—变速箱钟形罩；2—温度传感器；3—冷却液通道；4—冷却液接口；5—转子位置传感器电气接口；6—高压接口

自动变速箱壳体上有四个电动机接口，分别用于温度传感器、两根冷却液管、转子位置传感器、高压导线。传感器安装位置如下图所示。

F18 PHEV 电动机传感器安装位置

1—温度传感器；2—转子位置传感器转子；3—转子位置传感器定子

为了电动机－ 电子伺控系统能正确计算定子绕组电压的振幅和相位并正确生成电压，必须知道转子的确切位置。转子位置传感器承担这个任务。它的结构与同步电动机类似，并且带有一个特殊外形的转子以及一个定子，转子连接电动机的转子，定子连接电动机的定子。电动机－ 电子伺控系统评估通过转子旋入定子绕组而生成的相电压并计算出转子位置角度。

电动机的组件在工作时不允许超过特定温度。用一个温度模型和一个温度传感器监控电动机温度。该传感器被设计为带负温度系数（NTC）的可变电阻器，测量自动变速箱壳体上的冷却液出口温度。NTC 越高，电阻值就越小。

电动机－ 电子伺控系统分析温度传感器的信号，将这些信号与计算出的温度模型进行比较，如果电动机温度接近允许的最高值，就降低电动机功率。不再在一个定子绕组上安装单独的温度传感器。

为了在任何情况下都能确保电动机的温度可靠性，在F18 PHEV 中使用冷却液冷却电动机。为了达到此目的，电动机连接在发动机的冷却液循环中（下图）。

F18 PHEV 发动机和电动机的冷却液循环

A—冷却液－ 空气热交换器（电动机－ 电子伺控系统的冷却液循环）；B—电动冷却液泵（电动机－ 电子伺控系统的冷却液循环，80W）；C—冷却液热膨胀平衡罐（电动机－ 电子伺控系统的冷却液循环）；D—电动机－ 电子伺控系统EME ；1—冷却液－ 空气热交换器（发动机和电动机的冷却液循环）；2—电动风扇；3—冷却液热膨胀平衡罐（发动机和电动机的冷却液循环）；4—特性曲线节温器；5—电动冷却液泵（发动机和电动机的冷却液循环，400W）；6—发动机油冷却器；7—废气涡轮增压器；8—发动机；9—电动机；10—暖风热交换器；11—双水阀；12—电加热装置；13—加热循环回路的电动冷却液泵；14—电动转换阀；15—电动机节温器

为了冷却定子绕组，在定子支架和自动变速箱壳体之间有一个冷却通道，冷却液通过该通道从发动机冷却回路中流出。冷却通道分别通过两个密封环向前和向后密封。变速箱油进行转子的冷却，油雾状的变速箱油吸收热量并在变速箱油冷却器上将热量排到大气中（下图）。

F18 PHEV 电动机的冷却装置

1—冷却液－ 空气热交换器；2—电动机节温器；3—电动机；4—自动变速箱壳体；5—电动机冷却液管路；6—定子支架

电动机自带一个节温器，将冷却液进流温度调到约80℃的最佳范围。由于电动机工作温度低于发动机工作温度，因此这种调节是必要的。节温器通过一个石蜡恒温元件进行调节，该石蜡恒温元件根据冷却液温度膨胀。此时不存在电动控制，节温器运行状态如下图所示。

F18 PHEV 电动机节温器运行状态

A—节温器关闭；B—节温器部分打开；C—节温器打开；1—冷却液从冷却液－ 空气热交换器过来；2—冷却液流至电动机；3—冷却液从发动机过来；4—节温器

冷却液温度较低时，节温器是关闭的。例如，在暖机阶段中就是这种情况。此时，节温器堵住冷却液－ 空气热交换器的冷却液，将发动机的冷却液输送到电动机。通过这种方式可迅速达到最佳工作温度。

由于发动机冷却液温度高，节温器因此部分打开。这导致来自发动机的高温冷却液与来自冷却液－ 空气热交换器的低温冷却液相互混合。在连接电动机的冷却液供给管路中以这种“混合模式”自行调节冷却液温度，使之保持在约80℃的最佳温度范围。

如果冷却液－空气热交换器的冷却液温度额外上升，节温器就完全打开。例如，当发动机节温器打开大冷却液循环时，就会出现这种情况。由于额外升温，节温器关闭来自发动机的冷却液管路。现在，来自冷却液－空气热交换器的所有冷却液都流入电动机中。