新能源汽车技术课件4.2新能源汽车用电机结构及特点

新能源汽车技术四、新能源汽车的电机驱动系统1目录

四、新能源汽车的电机驱动系统

4.1驱动电机的定义及分类

4.2新能源汽车用电机结构及特点

24.2新能源汽车用电机结构及特点3定义：直流电机具有产品成熟，控制方式简单，调速优良等特点，在电动汽车发展早期，很多电动汽车采用直流电动机方案。但由于其自身复杂的机械结构(电刷、换向器等)，制约了瞬时过载能力和转速的进一步提高；机械结构会产生损耗，提高了维护成本；运转时的电刷火花会使转子发热，浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰。这些因素都会影响具体整车性能，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。直流电机如图所示。1、直流电机4.2新能源汽车用电机结构及特点4定义：三相交流异步电机又称感应电动机，定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。交流异步电机与同功率的直流电机相比效率更高，质量约轻了二分之一左右。如果采用矢量控制，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，三相交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。三相交流异步电机如图所示。2、三相交流异步电机4.2新能源汽车用电机结构及特点5定义：永磁无刷电机分为两类，一类是方波驱动的无刷直流电机，另一类是正弦波驱动的永磁同步电机。无刷直流电机具有转矩大、功率密度高、位置检测和控制方法简单的优点,但是由于换相电流很难达到理想状态,因此会造成转矩脉动、振动噪声等问题。永磁同步电机系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点,通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能,提高电动机的调速范围。所以在电动汽车方面得到了广泛的应用。永磁电机如图所示。3、永磁电机4.2新能源汽车用电机结构及特点6定义：开关磁阻电机作为一种新型电机，相比其他类型的驱动电机而言，开关磁阻电机的结构最为简单，定、转子均为普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子上没有绕组，定子装有简单的集中绕组，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点；而且它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。开关磁阻电机如图所示。4、开关磁阻电机4.2新能源汽车用电机结构及特点7性能及类型直流电机交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机转速范围/rpm4000～600012000～200004000～10000＞15000功率密度低中高较高过载能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790负荷功率（%）80-8790-9285-9778-86功率因数（%）……82-8590-9360-65恒功率区……1:51:2.251:3重量重中轻轻体积大中小小可靠性差好一般好结构坚固性差好好好功率范围小宽小很宽过载能力较好好较好好效率高较高高中转矩电流比高一般高高控制器成本低高高一般

四种电机的性能比较4.2新能源汽车用电机结构及特点8定义：交流三相异步电动机是靠同时接入三相交流电源（相位差１２０°）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以称为三相异步电动机。优点：１）效率较高。２）结构简单、体积小、质量小。３）工作可靠，使用寿命长。４）免维护。５）电动机本身的成本低。缺点：１）调速性能相对较差。２）功率因数较低３）配用的控制器成本较高。1、交流三相异步电机4.2新能源汽车用电机结构及特点9结构：三相交流异步机主要由定子和转子两部分构成，固定不动的部分称为定子，转动的部分称为转子，为保证转子能够在定子腔内自由转动，定子与转子之间留有0.2～2mm的空气隙。1、交流三相异步电机定子机座定子铁芯定子绕组转子转轴转子铁芯转子绕组NIDE全自动电机生产线4.2新能源汽车用电机结构及特点10定子基本结构：（1）机座主要用来固定定子铁芯和定子绕组，并以前后两个端盖支撑转子转动，其外表还具有散热筋。电动汽车使用的驱动电机属于中小型电机，其机座一般用铸铁铸成。1、交流三相异步电机１—轴承盖２—端盖３—接线盒４—定子铁心５—定子绕组６—转轴７—转子８—风扇９—轴承１０—机座１１—罩壳4.2新能源汽车用电机结构及特点11定子基本结构：（2）定子铁芯定子铁芯是三相异步电机磁路的一部分，为了减小磁滞和涡流损耗，通常采用0.35～0.5mm厚的硅钢片叠制而成，其内圆表面冲有槽，用于嵌放三相定子绕组，定子铁芯如图所示。1、交流三相异步电机１—轴承盖２—端盖３—接线盒４—定子铁芯５—定子绕组６—转轴７—转子８—风扇９—轴承１０—机座１１—罩壳4.2新能源汽车用电机结构及特点12定子基本结构：（3）定子绕组定子绕组是三相交流电机电路的一部分，由嵌放在定子铁芯槽中的线圈按照一定规则连接成的三相定子绕组，其作用是产生同步旋转磁场。它是由三个完全相同且在定子表面对称分布的绕组（每个为一相）根据需要连接成星形或三角形构成的三相对称绕组。1、交流三相异步电机１—轴承盖２—端盖３—接线盒４—定子铁芯５—定子绕组６—转轴７—转子８—风扇９—轴承１０—机座１１—罩壳定子线圈及接线柱接法4.2新能源汽车用电机结构及特点13转子基本结构：转子分为鼠笼式和绕线式两种，主要有转子铁芯、转子绕组和转轴三个部分构成。1、交流三相异步电机（1）轴承轴承的作用是支撑转子，传递和输出转矩，保证转子和定子之间有均匀的气隙。转轴一般用中碳钢经车削加工而成。

（2）转子铁芯转子铁芯是三相异步电机磁路的构成部分，为减小磁滞与涡流损耗，一般采用0.5mm厚、表面有绝缘层的硅钢片叠制而成，转子铁芯的外圆表面冲有均匀分布的槽，用于安装转子绕组。4.2新能源汽车用电机结构及特点14转子基本结构：转子分为鼠笼式和绕线式两种，主要有转子铁芯、转子绕组和转轴三个部分构成。1、交流三相异步电机（3）转子绕组鼠笼式转子绕组鼠笼式转子绕组一般在转子铁芯的槽内放置裸铜条或铝条等，两端用短路环焊接起来，构成闭合回路，由于形状像鼠笼，故称鼠笼式。

绕线式转子绕组与定子绕组相似，由相互绝缘的导线绕制而成的三相对称绕组，采用星形连接。三个绕组的首端分别连接到固定在转轴上的三个铜制集电环，集电环由电刷与外加变阻器连接，从而构成闭合回路，调节变阻器阻值可达到调节电机转速目的。4.2新能源汽车用电机结构及特点15工作原理1、交流三相异步电机旋转磁场三相异步电机定子绕组星形连接，定子绕组中通入三相对称交流电流，相序为U→V→W。旋转磁场的方向取决于定子绕组中三相交流电流的相序,相序不同，旋转磁场的方向不同。三相交流电原理演示4.2新能源汽车用电机结构及特点16工作原理1、交流三相异步电机右手定则当旋转磁场顺时针旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中产生感应电动势，方向由右手定则判定。由于转子导条两端用短路环焊接起来形成闭合回路，故转子导条中有感应电流流过。左手定则通有电流的转子导条在磁场中受到安倍力F的作用，安倍力方向根据左手定则确定。安倍力产生电磁转矩，转子就转动起来。由图可知，转子转动的方向与旋转磁场的方向一致。三相交流异步电机的工作原理图产生相对运动4.2新能源汽车用电机结构及特点17转差率三相异步交流电机在正常工作时，电机转子转速n总是小于旋转磁场转速n0，即n＜n0，因此称为异步电机。如果转子转速与旋转磁场转速相同，那么转子与旋转磁场之间不存在相对运动，旋转磁场的磁力线无法切割转子导条，因此也就不会产生感应电动势。1、交流三相异步电机为什么称为异步电机？4.2新能源汽车用电机结构及特点181、交流三相异步电机通三相电右手定则产生感应电流左手定则电磁力作用发生相对运动产生旋转磁场转子旋转电机工作4.2新能源汽车用电机结构及特点192、永磁同步电机定义：永磁同步电机类似于感应电机，定子磁场以匀速转动，感应波形呈正弦曲线，可以对其进行矢量控制和变换。永磁同步电机主要是由定子、转子、机座、传感器等各部件组成。北汽EV200驱动电机的总体构成4.2新能源汽车用电机结构及特点202、永磁同步电机

一般来说，永磁同步电机的定子结构与普通感应电机结构非常相似，主要区别在于永磁同步电机转子上放有高质量的永磁体，这种独特结构与其它电机形成了鲜明的差别。

永磁同步电机在汽车上应用的越来越广泛，它具有功率密度高、转子的转动惯量小、运行效率高、转轴上无滑环和电刷等优点。但是永磁同步电机也有自身的缺点，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，电机容易发生损坏，而且永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。4.2新能源汽车用电机结构及特点212、永磁同步电机当永磁同步电机定子部分通入由三相逆变器经脉宽调制的三相交流电后，定子电枢会产生空间磁场，它与永磁体转子相互作用，产生与定子旋转磁场旋向相同的电磁转矩输出。当输出的转矩T超过转子的摩擦转矩以及由于永磁体的阻尼转矩时，电机便开始向外做功，并不断地加速直至同步。工作原理对比4.2新能源汽车用电机结构及特点223、轮毂电机采用轮毂电机驱动可大大缩短从驱动电机到驱动车轮的传递路径，节省大量有效空间便于整车总体布局。每台电机的转速可独立调节控制，便于实现电子差速，既省去了机械差速器，也有利于提高汽车转弯时的操控性。4.2新能源汽车用电机结构及特点233、轮毂电机轮毂式电机的工作原理与永磁同步电机相同，其结构一般分为：内定子外转子结构和内转子外定子结构两种。内定子外转子轮毅电动机直接安装在车轮的轮缘上，可完全去掉变速装置，车轮转速与驱动电机转速相等，通常采用低速大转矩电机。内转子外定子轮毂电动机，其转子作为输出轴与固定减