模块五 新能源汽车其他类型电机结构原理检修

2023/3/10新能源汽车驱动电机与控制技术全国交通运输职业教育教学指导委员会张利缑庆伟夏令伟全国交通运输职业教育高职新能源汽车运用与维修专业规划教材组织编写主

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审2023/3/10新能源汽车概述电机学基础知识新能源汽车驱动电机构造原理与检修新能源汽车驱动电机与控制技术新能源汽车其他类型电机结构原理检修模块一模块二模块三模块四模块五模块五新能源汽车其他类型电机构造原理检修直流电动机的结构及特点直流电动机的工作原理直流电动机的控制及检修开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的工作原理12345开关磁阻电动机的控制6直流电动机有定子和转子两部分组成，定子的主要作用是产生气隙磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置组成。转子是直流电动机的转动部分，俗称电枢。转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、轴承等。

直流电动机的结构及特点定子（1）主磁极

主磁极的作用是建立主磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁芯上的励磁绕粗构成。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构（2）机座

用来固定主磁极、换向极和电动机端盖；

作为磁场的通路，其中的导磁部分称为磁轭。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构（3）换向极安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电动机的换向情况，使直流电动机运行时不产生有害的火花。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构（4）端盖端盖装在基座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定子连为一体，同时端盖对直流电动机内部还起防护作用。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构（5）电刷装置作用是把直流电压、直流电流引入或引出，电刷的数目一般等于主磁极的数目。电刷装置由电刷、电刷盒、刷瓣和压簧等部分组成。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构2.转子（1）电枢铁芯是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分，电枢绕组嵌放在电枢铁芯的槽内。

（2）电枢绕组它是直流电动机的电路部分，也是感生电动势、产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构（3）换向器又称整流子。在直流发电机中，换向器的作用是把电枢绕组中的交流电转换为直流电向外部输出；在直流电动机中，它是外部的直流电转换成电枢绕组内的交流电，以保证电动机产生恒定方向的电磁转矩。

直流电动机的结构及特点直流电动机的基本结构

直流电动机的结构及特点直流电动机的铭牌数据1.主要性能参数额定电压UN额定电流IN额定功率PN额定转速nN额定效率ηN

直流电动机的结构及特点直流电动机的铭牌数据2.绝缘等级电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分为Ａ、Ｅ、Ｂ、Ｆ、Ｈ级，允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。

直流电动机的结构及特点直流电动机的铭牌数据3.直流电动机的励磁方式由励磁绕组形成磁场的直流电动机，根据励磁绕组和电枢绕组的连接方式的不同，分为他励式电动机、并励式电动机、串励式电动机和复励式电动机。

直流电动机的结构及特点直流电动机的特点（1）调速性能好；（2）起动转矩大；（3）控制简单；（4）易磨损。

直流电动机的工作原理

将外部直流电源加于电刷A(正极)和B(负极)上，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a指向b，在导体cd中，电流由c指向d。导体ab和cd分别处于N.S极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转。

直流电动机的工作原理

当电枢旋转180°，导体cd转到N极下，ab转到S极下，由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制1.直流电动机的起动电动机起动的基本要求：①有足够大的转动转矩；②起动电流要小于允许值。通常要求电动机的起动电流不要超过额定电流的2～2.5倍。直流电动机常用的起动方法：直接起动、电枢回路串变阻器起动和降压起动。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（1）直接起动

将电动机的电枢绕组直接投入额定电压的电源上，称为直接起动，或全压起动。

直接起动只适用于小型直流电动机，其优点是操作简单，无需复杂的起动设备。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（2）电枢回路串变阻器起动

为了限制起动电流，起动时可在电枢回路中串入起动变阻器。为了在起动过程中保持较大的起动转矩，加速起动过程，随着转速上升，应逐渐切除起动电阻，直到全部切除。

串变阻器起动所需设备不多，在中、小直流电动机起动中广泛应用。其缺点是起动变阻器笨重，能耗较大，故容量较大的直流电动机宜采用降压起动。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（3）降压起动

开始起动时，电动机电枢两端加一低电压，随着转速的上升，反电动势的增大，逐步升高电枢电压，直至额定值。这样可以使起动电流限制在一定范围内。

采用降压起动，需要一套调压电源。以前采用直流发电机作为调压电源，通过改变发电机的励磁电流来控制发电机的端电压大小。目前多采用晶闸管整流电源，通过调节晶闸管的触发信号来控制直流输出电压大小。降压起动法的优点是起动电流小，起动过程平滑，能量损耗少；缺点是电源投资较高。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制2.直流电动机的调速直流电动机有三种调速方法：

①电枢串电阻调速；

②降低电压调速；

③减弱磁通调速。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（1）电枢串电阻调速

优点：设备简单，操作方便。

缺点：调速的平滑性差；低速时特性曲线斜率较大，转速的相对稳定性较差，这限制了调速范围。电机的损耗较大，效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，效率越低，所以这种调速方法是不经济的。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（2）降低电压调速

特点：电源电压能够平滑调节，可以实现无极调速；调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；无论轻载还是重载，调速范围相同，且调速范围较宽。

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制（3）减弱磁通调速

优点：控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好，经济性好。

缺点：减弱磁通使机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高收到电机转向性能和机械强度的限制，因此升速范围不可能很大

直流电动机的控制及检修直流电动机的控制3.直流电动机的反转（1）改变电枢电流的方向；（2）改变主磁场的方向。

直流电动机的控制及检修直流电动机的检修1.换向器故障刷火异常：明亮、爆鸣状、火球状或飞溅状刷火。刷火异常原因：电磁原因、机械原因、负载原因、环境原因等

直流电动机的控制及检修直流电动机的检修2.电枢故障电枢常有接地和短路故障，原因主要有电枢绕组绝缘长期过热老化；绕组遭受潮气、酸类侵蚀；槽内线圈松动、线圈绝缘遭受机械损伤等。

直流电动机的控制及检修直流电动机的检修3.绕组故障定子绕组常见故障有绝缘电阻降低、匝间短路、断路、接地以及绕组连接极性接反。

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的基本结构

开关磁阻电动机本体采用定子、转子双凸极结构，单边励磁，即只有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；定子、转子都由硅钢片叠压而成。

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的基本结构定子绕组径向相对的极串联，构成一相。

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的基本结构

开关磁阻电动机的定子和转子相数不同，有多种组合方式，最常见的有三相6/4极结构、三相6/8极结构及三相12/8极结构。

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的基本结构

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电动机的特点（1）开关磁阻电机结构简单、紧凑牢固，适于在高速、高温环境下运行。（2）功率转换器结构简单，容错能力强。（3）可控参数多调速性能好。（4）起动转矩大，调速范围宽。（5）效率高、功耗小。

开关磁阻电动机的结构及特点开关磁阻电机调速系统的特点（1）调速性能好。（2）调速系统结构简单、可靠，能够在恶劣条件下运行。（3）在宽广的转速与功率范围内均具有较高的效率。

开关磁阻电动机的工作原理

电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大，当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。

开关磁阻电动机的工作原理

当定子A相磁极轴线OA与转子磁极轴线Oa不重合时，开关S1、S2闭合，A相绕组通电，电动机内建立起以OA为轴线的径向磁场，磁通通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子轭等处闭合。通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁导小于定、转子磁极轴线重合时的磁导，因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩的作用，使转子逆时针方向转动，转子磁极的轴线Oa向定子A相磁极轴线OA趋近。

开关磁阻电动机的工作原理

当OA和Oa轴线重合时，转子已达到平衡位置，即当A相定、转子极对极时，切向磁拉力消失，转子不再转动。此时断开A相开关S1、S2，闭合B相开关，建立以B相定子磁极为轴线的磁场，电动机内磁场沿顺时针方向转过30°，转子在磁场磁拉力的作用下继续沿着逆时针方向转过15°，转子磁极的轴线Ob向定子B相磁极轴线OB趋近。依此类推，定子绕组A-B-C三相轮流通电一次，转子逆时针转动了一个转子极距δr，对于三相12/8极开关磁阻电机，δr=360°/8=45°。

开关磁阻电动机的工作原理

可见，连续不断地按A-B-C-A的顺序分别给定子各相绕组通电，电动机内磁场轴线沿A-B-C-A的方向不断移动，转子沿A-C-B-A的方向逆时针旋转。如果按A-C-B-A的顺序给定子各相绕组轮流通电，则磁场沿着A-C-B-A的方向转动，转子则沿着与之相反的A-B-C-A方向顺时针旋转。

开关磁阻电动机的控制

开关磁阻电动机控制系统主要由功率变换器、控制器、位置传感器等组成。

开关磁阻电动机的控制

开关磁阻电动机控制系统主要由功率变换器、控制器、位置传感器等组成。

开关磁阻电动机的控制电流斩波控制

对于电流斩波控制，一般保持电机的开通角和关断角不变，而主要以控制斩波电流的上下幅值进行比较，从而起到调节电机转矩和转速的目的。实现方式有以下两种：（1）限制电流上、下幅值的控制。（2）电流上限和关断时间恒定。

开关磁