4 1 驱动电机基础知识

项目四驱动电机及控制系统,任务1驱动电机基础知识,课程内容,1,2,3,4,5,情境导入,学习目标,理论知识,拓展阅读,任务实施,6,单元小结,情境导入,王先生到某品牌的新能源汽车4S店选购车辆。王先生：听说新能源电动汽车都是靠电机驱动的，是这样吗？技师李：新能源电动汽车没有发动机，是通过电机将动力电池提供的电能转变为机械能，来驱动车辆行驶的。与传统的燃油车相比，电动汽车的结构比较简单、车辆行驶噪音小，而且电机的维护保养也非常简单。,学习目标,1了解驱动电机分类、工作原理及特点2了解驱动电机的型号含义和技术参数,1具备资料查询、收集和整理能力能识别不同类型电机的结构与安装,应知,应会,理论知识,02,03,直流电机,永磁同步电机,04,交流感应电机,01,电机分类,05,开关磁阻电机,1.1电机分类,电机是指依据电磁感应原理实现电能转换的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，作为各种机械的动力源。驱动电机系统是新能源电动汽车的三大核心部件之一，是车辆行驶的执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆的动力性、经济性和用户驾乘感受。驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束、冷却管路，与整车其它系统作电气和散热连接。整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。,1.1电机分类,1.1电机分类,（1）按工作电源划分根据工作电源的不同，电机可分为直流电机和交流电机。,1.1电机分类,（2）按结构和工作原理划分根据电机的结构和工作原理可分为直流电机、异步电机和同步电机,1.1电机分类,（3）运转速度划分按照电机的运转速度可分为低速电机、高速电机、恒速电机和调速电机,1.1电机分类,（4）车用电机技术要求新能源电动汽车上常用的电机主要有直流电机、交流感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。电动汽车对于驱动电机的主要要求：1）安全性高。必须设有高压保护装置。2）起动转矩和调速范围大。使电动汽车具有较好的启动性能和加速性能，从而获得启动、加速、行驶、减速、制动等工况所需的功率与转矩。3）效率高、损耗低，还应在车辆减速时实现再生能量回收功能。4）质量小。电动机应尽量采用铝合金外壳，以降低电机质量。5）电压高。在尽可能采用高电压减小电机和导线等部件的尺寸。6）可靠性高、运行噪音小。耐高温和耐潮特性强，能够在较恶劣的环境下长期工作。7）成本低、使用寿命长、结构简单、便于维护。,1.2直流电机,直流电机是指可以把直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是一种能够实现直流电能和机械能相互转换的电机。作为电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作为发电机运行时是直流发电机，把机械能转换为电能。（1）结构由磁场、电枢绕组、电枢和换向器等部件组成。,1.2直流电机,（2）工作原理直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。,1.2直流电机,（3）应用特点1）优点直流电机的起动加速转矩大、电磁转矩控制特性好、调速方便、控制装置简单、技术成熟、成本较低。2）缺点直流电机由于有机械换向器，当在高速大负荷下运行时，换向器表面常有火花出现，因此不宜设定太高的电机转速。长时间使用时，需要经常维护更换换向器和电刷，因此在新研制的新能源电动汽车上已基本不再采用直流电机。,1.3永磁同步电机,永磁同步电机采用永磁体来产生气隙磁通量，永磁体代替了直流电机中的磁场线圈和感应电机中定子的励磁体。同步电机属于交流电机，定子绕组与异步电机的定子绕组相同。永磁同步电机转子的旋转速度与旋转磁场的速度同步的，所以称为永磁同步电机。（1）结构永磁同步电机主要是由转子磁铁、定子绕组、传感器以及壳体等部件组成。永磁同步电机又分为三大类：内嵌式（IPM）、面贴式（SPM）以及插入式。,永磁同步电机转子断面,BYDe6永磁同步电机,1.3永磁同步电机,1.3永磁同步电机,（2）工作原理电机的转子为永磁磁体，转子磁体的N极、S极随着定子绕组的旋转磁场磁极的移动而旋转。磁场产生磁通量，电枢完成电能与机械能的转换。,1.3永磁同步电机,（2）工作原理用于汽车驱动的同步电机几乎都为旋转磁极式，转子使用永磁体。此外，同步电机开环控制容易产生脱离同步运转的情况，因此需要对转子的磁极位置进行检测，根据磁极的变化改变定子三相电缆电流的供给。永磁同步电动机由于转子是永磁体励磁，随着转速的升高，电压会逐渐达到逆变器所能输出的电压极限，这时要想继续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速，电机的弱磁能力大小，主要与直轴电抗和反电势大小有关，但永磁体串联在直轴磁路中，所以直轴磁路一般磁阻较大，弱磁能力较小，电机反电势较大时，也会降低电机的最高转速。,1.3永磁同步电机,（3）应用特点永磁同步电机所需要的钕铁硼永磁材料是稀土资源，因此生产成本较高，并且温度大幅度变化时还会引发退磁现象。但是该电机的功率密度高、调速范围大，适用于高速公路网受限，频繁起停工况，目前广泛应用于新能源电动汽车上。,1.4交流感应电机,交流感应电机又称做异步电机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩使转子转动。（1）结构交流感应电机主要由定子与绕组、笼型转子、转子轴、轴承、前后端盖以及风扇等部件组成。,1.4交流感应电机,（2）工作原理交流感应电机首先通过定子产生旋转磁场，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场相互作用，产生电磁转矩使转子旋转。,定子,笼型绕组（转子）,1.4交流感应电机,（3）应用特点交流感应电机具有功率密度低、调速范围小、生产成本低、可靠性高、无退磁现象等特点，适用于高速公路网比较发达的区域。应用代表车型为特斯拉。,特斯拉驱动电机,1.5磁阻电机,磁阻电机是一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用（电磁原理）而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。特斯拉Model3上实现商业化。（1）结构开关磁阻电机的定子和转子均为凸极结构，定子和转子的齿数不等，转子齿数一般比定子少2个。在定子齿上绕有线圈，两个位置相对的定子线圈相互串联形成一相绕组。转子由铁芯叠片而成，其上面没有线圈绕组。注：磁阻，是一个与电路中的电阻类似的概念。电流总是沿着电阻最小的路径前进；磁通量总是沿着磁阻最小的路径前进。磁阻与电阻一样，都是一个标量。,1.5磁阻电机,1.5磁阻电机,1.5磁阻电机,（2）工作原理开关磁阻电机是基于磁通总是沿着导磁最大的路径闭合原理制成的。当转子和定子的齿中心线不重合，导磁不是最大时，磁场就会产生磁拉力形成磁阻转矩，使转子转到导磁体最大的位置。电机控制器不断地向各相绕组依次通入电流，电机转子则一步一步的沿着与通电相序相反的方向转动。当改变定子各相通电顺序时，电机的旋转方向随之改变。,1.5磁阻电机,1.5磁阻电机,（3）应用特点开关磁阻电机具有简单可靠、调速范围宽、效率高、控制灵活、成本低等优点。但是也具有转矩波动大、噪声较大、需要位置检测器等缺点，因此应用范围受到一定的限制，目前主要应用于新能源大型电动客车。,1.6驱动电机技术参数,（1）基速：电机的额定转速，当电机励磁绕组中通入额定的励磁电压或励磁电流，且此时电机带的负载为额定值，这时的电机转速即为基速（2）额定功率：电机的额定功率是指电机在额定运行（额定电压、额定频率、额定负载）条件下，转轴上输出的机械功率。（3）峰值功率：峰值功率就是当负载突然变化时，电机短时间能产生的最大功率。（4）额定扭矩：电机的额定扭矩表在示额定条件下运行的电机，其轴端输出的转矩。（5）峰值扭矩：峰值扭矩指电机输出的最大扭矩，在力矩曲线上为最高点所以叫峰值。（6）防护等级新能源电动汽车高压部件的防护等