《新能源汽车电控技术》课件-电机结构

3-2-1不同电机的结构电动机概述直流电动机交流异步电动机永磁同步电动机开关磁阻电动机轮毂电机1在电动汽车由电动机驱动，电动机是电动汽车的关键部件。目前在电动汽车上已应用的和有应用前景的电动机有：直流电动机、交流电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机。一、电动机概述2性能直流电动机交流异步电动机永磁同步电动机开关磁阻电动机功率密度差一般好一般力矩转速性能一般好好好转速范围（r/min）4000~60009000~150004000~10000>15000最大功率(kW)85~8994~9595~97<90可操作性差好好好结构坚固性差好一般好体积、质量大、重一般、一般小、轻小、轻功率10%负荷率%80~8779~8590~9278~862.1直流电动机结构直流电动机主要由机座、转子、主磁极、换向磁极、换向器、刷架、端盖、风扇、出线盒组成。其构造如下图中所示，其中静止部分叫作定子，转动部分叫作电枢或转子。二、直流电动机32.1直流电动机结构2.1.1定子定子是由机座、主磁极、励磁绕组、端盖和电刷装置等组成。2.1.1.1机座机座是用来固定主磁极电刷架和端盖等部件，起支撑、保护作用与主磁极铁芯、磁轭、电枢铁芯一起构成电机的磁路，磁通通过整个磁路的情形如下图中的虚线所示。他是用铸铁、铸钢或钢板制成。二、直流电动机42.1直流电动机结构2.1.1定子定子是由机座、主磁极、励磁绕组、端盖和电刷装置等组成。2.1.1.2主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁芯和励磁绕组两部分组成。铁芯一般用0.5~1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极掌两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极掌，极掌宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成套在主磁极铁芯上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。二、直流电动机52.1直流电动机结构2.1.1定子定子是由机座、主磁极、励磁绕组、端盖和电刷装置等组成。2.1.1.3电刷装置电刷装置用来引入或引出直流电压和直流电流，它由刷握、电刷、压紧弹簧和铜丝辫等组成。二、直流电动机62.1直流电动机结构2.1.2转子（电枢）直流电动机的转子主要由电枢铁芯和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2.1.2.1电枢铁芯电枢铁芯的作用有两个：一个是作为主磁路的主要部分，另一个是嵌放电枢绕组。二、直流电动机72.1直流电动机结构2.1.2转子（电枢）直流电动机的转子主要由电枢铁芯和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2.1.2.1电枢绕组电枢绕组由许多按一定规律排列和连接的线圈组成，他是直流电动机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键性部件。二、直流电动机82.1直流电动机结构2.1.2转子（电枢）直流电动机的转子主要由电枢铁芯和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。2.1.2.2换向器换向器也是直流电动机的重要部件。在直流电动机中它将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。换向器安装在转轴上与转轴过盈配合，主要由许多换向片组成，片与片之间用云母绝缘，换向片数与元件数相等。二、直流电动机92.2直流电动机分类直流电动机按励磁方式的不同可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机等。汽车上常用的有并励直流电动机和串励直流电动机。二、直流电动机102.2直流电动机分类2.2.1并励直流电动机这种电动机的励磁绕组同电枢并联，其励磁绕组称为并励绕组。由于并励绕组承受着电枢两端的全部电压，其值较高。为了减小它的铜损失，并励绕组必须具有较大的电阻以减小励磁电流。因此并励绕组的匝数较多用较细的导线绕成。二、直流电动机112.2直流电动机分类2.2.2串励直流电动机这种电动机的励磁绕组同电枢绕组串联，其励磁绕组称为串励绕组。为了减小其电压降及铜损失，串励绕组应具有较小的电阻，因此它总是用截面积较大的导线绕成而匝数较小。二、直流电动机122.2直流电动机分类2.2.3他励直流电动机他励电动机是指电机的励磁线圈和电枢绕组是分开的电机，励磁电流单独提供与电枢电流无关。二、直流电动机132.3直流电动机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，再继续转收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。直流发电状态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。二、直流电动机142.3直流电动机特点优良的调速特性，调速范围宽广、调速平滑、方便过载能力大，能承受频繁冲击负载，能设计成与负载机械相适应的各种机械特性实现快速起动、制动和逆向运转能适应生产过程电气自动化所需要的各种特殊运行要求二、直流电动机153.1交流异步电动机结构交流异步电动机的种类虽然很多，但各类交流异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外还有端盖、轴承、风扇、风扇罩、接线盒、吊环等其他附件。三、交流异步电动机163.1交流异步电动机结构3.1.1定子定子是用来旋转磁场的，三相交流异步感应电动机的定子由定子铁芯、定子绕组等部分组成。3.1.1.1外壳外壳是三相异步电动机机械结构的重要组成部分，它由端盖、轴承、接线盒和吊环等组成。三、交流异步电动机173.1交流异步电动机结构3.1.1定子定子是用来旋转磁场的，三相交流异步感应电动机的定子由定子铁芯、定子绕组等部分组成。3.1.1.2定子铁芯交流异步电动机的定子铁芯是电动机磁路的一部分，由0.35~0.5mm厚的表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。三、交流异步电动机183.1交流异步电动机结构3.1.1定子定子是用来旋转磁场的，三相交流异步感应电动机的定子由定子铁芯、定子绕组等部分组成。3.1.1.3定子绕组定子绕组是三相异步电动机的电路部分，三相异步电动机有三相绕组，通入三相对称交流电流时就会产生旋转磁场。三、交流异步电动机193.1交流异步电动机结构3.1.2转子异步电动机的转子分为绕线形与笼形两种，对应的电动机分别称为绕线异步感应电动机与笼形异步感应电动机。3.1.2.1绕线异步感应电动机转子绕线异步感应电动机转子是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁芯相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。三、交流异步电动机203.1交流异步电动机结构3.1.2转子异步电动机的转子分为绕线形与笼形两种，对应的电动机分别称为绕线异步感应电动机与笼形异步感应电动机。3.1.2.2笼形异步感应电动机转子在转子铁芯的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来称为铜排转子，也可用浇铸的方法把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成称为铸铝转子。三、交流异步电动机213.2交流异步电动机分类根据电动机按转子的结构不同可分为鼠笼型感应电机和绕线型感应电机鼠笼型感应电机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜得到了广泛的应用。其只要缺点是调速困难绕线型感应电机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速三、交流异步电动机223.3交流异步电动机工作原理当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来，感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。三、交流异步电动机233.4交流异步电动机特点优点：与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好并可节省各种材料，价格便宜缺点：功率因输滞后轻载功率因数低，调速性能稍差三、交流异步电动机24由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机称为永磁同步电机4.1永磁同步电动机结构永磁同步电机主要是由转子、端盖及定子等各部件组成的。一般来说永磁同步电机的最大的特点是它的定子结构和普通的感应电机的结构非常相似，主要是区别于转子的独特结构与其他电机形成了差别。和常用的异步电机最大的不同则是转子的独特结构，在转子上放有高质量的永磁体磁极。四、永磁同步电动机254.1永磁同步电动机结构4.1.1定子永磁同步电动机定子绕组的主要电气参数、绕组形式与绕线式三相同步电机的定子绕组一样，通入交流电源即产生旋转磁场。四、永磁同步电动机264.1永磁同步电动机结构4.1.2转子永磁同步电机转子采用径向永久磁铁作磁极，在旋转磁场的作用下，转子将跟随旋转磁场同步旋转，旋转磁场的速度取决于电源频率。四、永磁同步电动机274.2永磁同步电动机分类

由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、表面式及镶嵌式。4.2.1内嵌式在较大的电机用得较多时在转子内部嵌入永磁体称为内埋式永磁转子或内嵌式永磁转子。内嵌式同步电机由较高的磁显性，可产生额外的磁阻转矩分量，保持高速运行时的机械稳定性。四、永磁同步电动机284.2永磁同步电动机分类

由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、表面式及镶嵌式。4.2.2表面式永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上称为表面凸出式永磁转子或表面式永磁转子。四、永磁同步电动机294.2永磁同步电动机分类

由于在转子上安放永磁体的位置有很多选择，所以永磁同步电机通常会被分为三大类：内嵌式、表面式及镶嵌式。4.2.3镶嵌式永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面称为表面嵌入式永磁转子或镶嵌式永磁转子。四、永磁同步电动机304.3永磁同步电动机工作原理

永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，此时转子动能转化为电能，永磁同步电机做发电机用，此外当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差1200所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能，永磁同步电机作电动机用。四、永磁同步电动机314.4永磁同步电动机特点永磁同步电机的特点主要有以下几种：电机本身的功率效率高以及功率因数高电机发热小，因此电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小采用全封闭结构，无传动齿轮磨损、无传动齿轮噪声、免润滑油、免维护允许的过载电流大，可靠性显著提高四、永磁同步电动机32开关磁阻电动机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器等四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。五、开关磁阻电动机335.1开关磁阻电动机结构开关磁阻电动机本体采用定、转子双凸极结构，单边励磁，即仅定子凸极采用集中绕组励磁，而转子凸极上既无绕组也无永磁体，定、转子均由硅钢片叠压而成；定子绕组径向相对的极串联构成一相。5.1.1定子磁阻电机的定子铁芯有六个齿极由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。五、开关磁阻电动机345.1开关磁阻电动机结构5.1.2转子磁阻电机的转子铁芯有四个齿极，由导磁良好的硅钢片冲制后叠成。五、开关磁阻电动机355.1开关磁阻电动机结构5.1.3定子绕组由于定子与转子都有凸起的齿极，这种形式也称为双凸极结构。在定子齿极上绕有线圈（定子绕组）是向电机提供工作磁场的励磁绕组。五、开关磁阻电动机365.2开关磁阻电动机分类开关磁阻电动机的定子与转子相数不同有多种组合方式，最常见的有三相6/4极结构、三相6/8极结构和三相12/8极结构五、开关磁阻电动机375.3开关磁阻电动机工作原理三相6/4极结构说明电动机定子有6个凸极，转子有4个凸极在定子相对称的两个凸极上的集中绕组互相串联构成一相，相数=定子凸极数/2。转子上没有绕组，定子上有6个凸极的称为3相开关磁阻电动机，定子上有8个凸极的称为4相开关磁阻电动机。相数越多步进角越小运转越平稳，越有利于减小转矩波动。步进角计算方法为：步进角a=3600Ｘ2/（定子极数X转子极数），如四相8/6极电动机，其步进角a=3600X2/（8X6）=150。低于三相的开关磁阻电动机一般没有自启动能力。目前应用较多的是三相、四相和五相结构。五、开关磁阻电动机385.4开关磁阻电动机特点结构简单：电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。SRD的结构比鼠笼式感应电动机还要简单。电路可靠：功率电路简单可靠。因此电动机转矩方向与绕组电流方向无关，即只需单方相绕组电流，故功率电路可以做到每相一个功率开关。对比异步电动机绕组需流过双向电流，向其供电的PWM变频器功率电路每相需两个功率器件。系统可靠性高：从电动机的电磁结构上看，各项绕组和磁路相互独立，各自在一定轴角范围内产生电磁转矩。而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个旋转磁场，电动机才能正常运转。五、开关磁阻电动机39轮毂电机系统通常被称为“轮毂电机”也有的研究者称其为轮式电机、车轮电机或者电动机。电动汽车采用的轮毂式电机驱动属于分散式电机驱动模式。分散电机驱动通常有轮毂电机和轮边电机两种方式。所谓“轮边电机驱动模式”是指每个驱动车轮由单独的电机驱动，但是电