新能源汽车驱动电机与控制系统 课件 第一章电机基础知识

新能源汽车驱动电机与控制系统Contents01电机基础知识02直流电机03交流感应电机04永磁同步电机05电动汽车驱动电机传感器模块06电机控制器07其他类型电机任务1电机基础知识课程：智能座舱系统测试装调（高级）一、课堂目标课程：智能座舱系统测试装调（高级）4（一）知识目标(1)了解新能源汽车驱动系统基本结构和工作原理；(2)了解新能源汽车驱动电机的常用性能参数；(3)掌握电磁学基础知识；(4)了解电机的制造材料和工艺；(5)掌握电磁铁和变压器的结构工艺、检测方法；(6)能够规范选择使用相关工具、仪表、设备。（二）技能目标能够正确制作电磁铁与并进行南北极检测；能够正确制作变压器与并进行交流耐压性能检测；能够测量与铁芯绝缘的各紧固件及铁芯绝缘电阻；能够独立在整车环境中完成语音交互系统的测试。二、任务导入任务1：电机基础知识5如何通过身边常见的工具制作一个电磁铁并检测其磁性呢？您对了解变压器的性能吗？如何通过试验台对变压器的性能进行检测？三、任务资讯6新能源汽车驱动系统概述01新能源汽车对驱动电机的性能要求02电磁学基础知识03交流铁心线圈电路04电机的制造材料05任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述7内燃机与电动机驱动车辆过程对比任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述8纯电动汽车驱动系统组成任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述9典型车辆的驱动系统结构任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述10电机控制器是动力系统的控制中心，通过接收整车控制器和控制机构（制动踏板、油门踏板、换挡机构）传送的控制信息，将动力电池的直流电转换成驱动电机所需的交流电，通过控制驱动电机的电压和电流对驱动电机转速、转矩、转向进行控制，实现电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态。任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述11传动机构传动机构指的是将电机输出的扭矩和转速传递到汽车的主轴上，从而驱动汽车行驶的机构，主要包含减速器和差速器的两个部件。任务1：电机基础知识（一）新能源汽车驱动系统概述12电机的分类任务1：电机基础知识（二）新能源汽车对驱动电机的性能要求(1)电机结构紧凑、尺寸小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行特殊设计。(2)重量轻，以减轻车辆的整体重量。应尽量采用铝合金外壳，同时转速要高，以减轻整车的质量，增加电机与车体的适配性，扩大车体可利用空间，从而提高乘坐的舒适性。(3)可靠性高、失效模式可控，以保证乘车者的安全。(4)提供精确的力矩控制，动态性能较好。(5)效率高，功率密度较高。要保证在较宽的转速和转矩范围内都有很高的效率，以降低功率损耗，提高一次充电的续驶里程。(6)成本低，以降低车辆生产的整体费用。(7)调速范围宽。应包括恒转矩区和恒功率区，低速运行输出的恒定转矩大，以满足汽车快速启动、加速、负荷爬坡等要求；高速运行输出恒定功率，有较大的调速范围，以满足平坦的路面、超车等高速行驶的要求。向发展。13规划决策信息交互任务1：电机基础知识（二）新能源汽车对驱动电机的性能要求(8)瞬时功率大，过载能力强。要保证汽车具有4～5倍的过载能力，以满足短时内加速行驶与最大爬坡的要求。(9)环境适应性好。要适应汽车本身行驶的不同区域环境，即使在较恶劣的环境中也能够正常工作，具有良好的耐高温、耐潮湿性能。(10)制动再生效率高。在汽车减速时，能够实现反馈制动，将能量回收并反馈回电池，使得电动汽车具有最佳能量利用率。(11)其他。结构简单，价格低廉，适合大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便。(12)与一般工业用电机不同，用于汽车的驱动电机应具有调速范围宽、起动转矩大、后备功率高、效率高的特性，此外，还要求可靠性高、耐高温及耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等。未来我国电动汽车用驱动电机系统将朝着永磁化、数字化和集成化方14规划决策信息交互任务1：电机基础知识（三）电磁学基础知识电机的基本原理15规划决策信息交互任务1：电机基础知识（三）电磁学基础知识电机的基本原理励磁绕组主要用于产生磁场，激发电机的工作状态；而电枢绕组则负责产生电力输出。在电机的定，转子绕组中，将空载时产生气隙磁场的绕称为励磁绕组（或激磁绕组）;将另一产生功率转换（吸收或出有功功率）的绕组称为电枢绕组。16规划决策信息交互任务1：电机基础知识（三）电磁学基础知识17规划决策信息交互任务1：电机基础知识励磁绕组：根据其供电方式可以分为直流励磁绕组和交流励磁绕组。直流励磁绕组的优点在于其可靠性高，但需要使用整流器，转子上也存在集电环与刷子摩擦产生火花等安全隐患。而交流励磁绕组相对来说更为简单，不需要整流器，且不存在集电环和刷子的问题。但其缺点在于其输出磁通较弱，需要使用铁心轴，增加铁损（三）电磁学基础知识电枢绕组：由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。电枢绕组分直流电枢绕组和交流电枢绕组两大类。它们分别用于直流电机和交流电机。18规划决策信息交互任务1：电机基础知识（四）交流铁心线圈电路电磁关系由于漏磁通经过空气而闭合，所以励磁电流i与磁通φб之间成线性关系可以用常数Lб表示铁心的漏磁电感。φб∝i，铁芯线圈的漏磁电感。R是线圈导线的电阻，Lб是漏磁电感19规划决策信息交互任务1：电机基础知识（四）交流铁心线圈电路电磁关系Bm是铁心中磁感应强度的最大值，单位[T]；S是铁心截面积，单位[m2]20规划决策信息交互任务1：电机基础知识（四）交流铁心线圈电路功率损耗1.铜损（Pcu）在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。21规划决策信息交互任务1：电机基础知识（四）交流铁心线圈电路22信息交互任务1：电机基础知识OHB铁损（PFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe表示。铁损由磁滞损耗和涡流损耗产生。磁滞损耗由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗Ph（四）交流铁心线圈电路23信息交互任务1：电机基础知识涡流损耗铁心既能导磁，也能导电，因此当磁通交变时，在铁心截面中产生感应电动势，继而产生漩涡状的感应电流，称之为涡流。涡流是电磁感应的一种特殊形式。涡流损耗大小与频率f、磁感应强度幅值Bm、硅钢片厚度d和材料的电阻率ρ有关。

（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识铁芯材料（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识软磁材料（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识软磁材料（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识铁氧体永磁材料非金属永磁材料，电机中常用的有1962年发现的钡铁氧体（BaO6·Fe2O3）1965年发现的锶铁氧体（SrO·Fe2O3），二者磁性能接近。锶铁氧体的Hc值略高于钡铁氧体，更适合在电机中应用。主要优点包括矫顽力高（Hc范围128～160kA/m）、价格便宜、不含稀土元素及贵金属成分、比重相对较小（4.6～5.1g/cm3）、退磁曲线（或曲线中很大一部分）接近直线，回复线基本与退磁曲线的直线部分重合，不需要进行工作性能稳定处理。其缺点是剩磁感应不大（0.2～0.44T）、磁能积（BH）最大仅为6.4～40kj/m3；环境温度对磁性能的影响较大、剩磁温度系数αBr为-0.18～0.20%/K-1，αHjc的温度系数为0.4～0.6%/K-1，易碎。需要特别注意的是αHjc为正值，其矫顽力随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，所以必须进行最低环境温度下的最大去磁工作点的校核计算，以防止在低温时产生不可逆退磁。（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识铁氧体永磁材料非金属永磁材料，电机中常用的有1962年发现的钡铁氧体（BaO6·Fe2O3）1965年发现的锶铁氧体（SrO·Fe2O3），二者磁性能接近。锶铁氧体的Hc值略高于钡铁氧体，更适合在电机中应用。主要优点包括矫顽力高（Hc范围128～160kA/m）、价格便宜、不含稀土元素及贵金属成分、比重相对较小（4.6～5.1g/cm3）、退磁曲线（或曲线中很大一部分）接近直线，回复线基本与退磁曲线的直线部分重合，不需要进行工作性能稳定处理。其缺点是剩磁感应不大（0.2～0.44T）、磁能积（BH）最大仅为6.4～40kj/m3；环境温度对磁性能的影响较大、剩磁温度系数αBr为-0.18～0.20%/K-1，αHjc的温度系数为0.4～0.6%/K-1，易碎。需要特别注意的是αHjc为正值，其矫顽力随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，所以必须进行最低环境温度下的最大去磁工作点的校核计算，以防止在低温时产生不可逆退磁。（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识铝镍钴合金铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的，目前我国能制造的铝镍钴合金的型号主要由LNG34，LNG52，LNGJ32，LNGJ56等。由于铝镍钴的主要特点是高Br、低Hc的永磁材料，其相对磁导率在3以上，所以在具体应用时，其磁极须做成长柱体或长棒体，以尽量减少退磁场作用。铝镍钴磁体本省矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识铝镍钴合金铝镍钴合金是由铝镍铁合金发展来的，目前我国能制造的铝镍钴合金的型号主要由LNG34，LNG52，LNGJ32，LNGJ56等。由于铝镍钴的主要特点是高Br、低Hc的永磁材料，其相对磁导率在3以上，所以在具体应用时，其磁极须做成长柱体或长棒体，以尽量减少退磁场作用。铝镍钴磁体本省矫顽力低，所以在使用过程中应严格禁止任何铁器接触铝镍钴永磁材料，以避免造成永磁体局部退磁而使磁路中磁通分布发生畸变。（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识钕铁硼钕铁硼于1983年研制成功。磁能积最大可达400kJ/m3是铁氧体的12倍，是铝镍钴的8倍，是钐钴的2倍，剩磁和矫顽力很高。钕在稀土中含量是钐的十几倍，资源丰富，铁、硼价格便宜，不含战略物资钴，因此钕铁硼永磁材料的价格比稀土钴永磁材料便宜很多。钕铁硼永磁材料的缺点是居里温度Tc较低（310～410℃）；温度系数较高，αBr可达-0.13%/K-1，αHjc可达-0.6～-0.7%/K-1，因而在高温下使用时磁损失较大。由于含有大量的铁和钕，所以容易锈蚀。使用普通的钕铁硼永磁材料，必须要校核永磁材料的最大去磁工作点，以增强其可靠性。（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识电机外壳制作过程中，涉及部件之间的焊接，焊接接头质量对电机外壳的质量影响很大。另外由于电机外壳材料经常处在风吹雨淋、反复热循环和周期振动等工作条件下，同时电机外壳收到流动冷却液一定的腐蚀，因此还要求电机外壳材料耐腐蚀性能强，并有良好的疲劳性能，如图1-14所示。目前使用最多的是铜和铝合金材料制成的自循环水冷却电机外壳（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识电机外壳制作过程中，涉及部件之间的焊接，焊接接头质量对电机外壳的质量影响很大。另外由于电机外壳材料经常处在风吹雨淋、反复热循环和周期振动等工作条件下，同时电机外壳收到流动冷却液一定的腐蚀，因此还要求电机外壳材料耐腐蚀性能强，并有良好的疲劳性能，如图1-14所示。目前使用最多的是铜和铝合金材料制成的自循环水冷却电机外壳（五）电机的制造材料任务1：电机基础知识漆包线电动汽车电机绕组线主要采用铜漆包线，漆包线由导体和绝缘层两部分组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。漆包线要具备机械性能，化学性能，电性能，热性能四大性能。四、任务实施1-电磁铁制作与性能检测任务1：电机基础知识1.准备工作设备：大铁钉、多股绝缘胶线、电池及电池盒、指南针、大头针、小块砂纸2.操作步骤（1）首先，拿出一个大铁钉和长导线，留出10～15厘米的引线，从钉帽一端开始缠绕，用回穿着的方法固定住引线。（2）用导线在大铁钉上沿一个方向缠绕50～100圈，可以为逆时针方向，也可以为顺时针方向。（3）同样用回穿的方法固定钉尾，留出10～15厘米的引线。（4）用砂纸把导线头磨光，一个简易的电磁铁就做好了。（5）将电磁铁连接到电池上，再将电磁铁的一端从水平方向靠近指南针的一极或用指南针从水平方向靠近电磁铁的一端，观察指南针的变化。例如，用电磁铁的钉尖一端水平方向靠近指南针的北极，如果发现被吸引，则再用钉尖靠近南极，如果发现被排斥，则断定钉尖一端为南极，钉帽为北极。反之，类似的方法鉴别。五、任务实施2-变压器制作与性能检测任务1：电机基础知识1.准备工作（1）设备：变压器。（2）工具：试验变压器操作台、试验变压器、全自动变比测试仪、直流电阻测试仪、摇表、万用表、电源