项目二学习任务三　驱动电机认识

项目二纯电动汽车相关技术认识任务设置学习任务一储能装置认识学习任务二充电系统认识学习任务三驱动电机认识学习任务四纯电动汽车其他相关技术认识学习任务三驱动电机认识任务引入驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前应用于电动汽车上的驱动电机有直流式、交流式、永磁同步式和开关磁阻式等。电动汽车电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。本任务主要学习电动汽车驱动电机的结构原理。学习任务三驱动电机认识学习目标1.能够正确描述电动汽车用电动机与工业用电动机的区别。2.能够正确描述直流电动机的结构原理、特点及在电动汽车上的应用。3.能够正确描述三相异步电动机的结构原理、特点及在电动汽车上的应用。4.能够正确描述永磁电动机的结构原理、特点及在电动汽车上的应用。5.能够正确描述开关磁阻电动机的结构原理、特点及在电动汽车上的应用。6.能够正确描述轮毂电动机的基本结构原理、特点。7.能够正确描述电动机控制器的组成及各组成部分的功能。8.能够注意培养劳动保护、安全与环保意识和团队协作意识。学习任务三驱动电机认识主要学习内容相关知识学习一、概述二、驱动电机的结构原理三、电动机在电动汽车上的应用四、电动机控制器一、概述1.电动汽车电动机的运行模式电动汽车的电动机具有电动和发电2种运行模式。1）电动模式在电动模式时电动机将电能转换成机械能。（1）逆变器从电池获取电功率，电池放电。（2）电动机从逆变器获取电功率。（3）电动机输出机械能，电动机扭矩与转速同向，电动机推动车辆行驶。一、概述1.电动汽车电动机的运行模式2）发电模式发电模式时电动机将机械能转换成电能。（1）车辆带动电动机，电动机力矩与转速反向，轴上输入机械能。（1）电动机输出电能。（3）逆变器输出直流电，电池充电。一、概述2.驱动电机与工业用电机的区别（1）电动汽车驱动电机需要有4～5倍的过载，以满足短时加速或爬坡的要求；而工业电动机只要求有2倍的过载就可以了。（2）电动汽车的最高转速要求达到在公路上巡航时基本速度的4～5倍，而工业电动机只需要达到恒功率是基本速度的2倍即可。（3）电动汽车驱动电机需要根据车型和驾驶人的驾驶习惯设计，而工业电动机只需根据典型的工作模式设计。2.驱动电机与工业用电机的区别（4）电动汽车驱动电机要求有高度功率密度和好的效率图（在较宽的转速范围和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程；而工业电动机通常对功率密度、效率和成本进行综合考虑，在额定工作点附近对效率进行优化。（5）电动汽车驱动电机要求工作可控性高、稳态精度高、动态性能好；而工业电动机只有某一种特定的性能要求。（6）电动汽车驱动电机被装在机动车上，空间小，工作在高温、坏天气、及频繁振动等等恶劣环境下。而工业电动机通常在某一个固定位置工作。一、概述3.电动汽车用驱动电机的种类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、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机。还有不少研究机构正在研究超导电动机在电动汽车上的应用。一、概述4.电机的主要性能参数①额定功率。额定功率指电机在制造厂所规定的额定条件下运行时，其输出端的机械功率，单位一般为kW。②额定电压。额定电压是指电机在额定条件下运行时，外加于定子绕组上的线电压，单位为V。③额定电流。额定电流指电机在额定电压和额定输出功率时，定子绕组的线电流，单位为A。4.电机的主要性能参数④额定频率。额定频率是指电机使用电网的额定频率。我国电网的频率为50Hz，因此除外销产品外，国内用的电机额定频率均为50Hz。⑤额定转速。额定转速指电机在额定电压、额定频率下，输出端有额定功率输出时，转子的转速，单位为r/min。电动汽车所采用的感应电机的转速一般为8000～12000r/min。⑥额定效率。额定效率指电机在额定条件下运行时的效率，是额定输出功率与额定输入功率的比值。4.电机的主要性能参数⑦额定功率因数。对于交流电机，定子相电流比相电压滞后一个角φ，cosφ就是异步电机的功率因数。⑧绝缘等级。绝缘等级是按电机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电机绝缘结构中最热点的最高容许温度。4.电机的主要性能参数⑨功率密度。功率密度指单位质量电机输出的功率，单位是kW/kg，功率密度越大越好。⑩过载能力。过载能力指电机在超过额定载荷（功率、转矩、电流等）条件下工作的能力。除了上面所述及的性能参数外，电机还要求可靠性好，耐温和耐潮性好，运行噪声低，振动小，能够在较恶劣的环境下长时期工作，结构简单，适合大批量生产，使用维修方便，性价比高等。二、驱动电机的结构原理1.直流电动机（1）构造1.直流电动机①定子。

定子是由机座、主磁极、励磁绕组、端盖和电刷装置组成。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。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。（1）构造

②转子。直流电动机的转子（电枢）主要由电枢铁芯和电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。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。电枢绕组是通电后通过感应产生电动势以实现机电能量转换的关键性部件。换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流1.直流电动机（2）工作原理直流电机是利用通电导体在磁场中受力这一基本原理制成的。1.直流电动机（3）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。串励直流电动机1.直流电动机（4）起动、调速和反转控制①起动。为了获得较大的启动转矩而又不至于使换向器受到损伤，通常把启动电流限制为电枢额定电流的1.5～2.5倍。1.直流电动机（4）起动、调速和反转控制②调速。改变供电线路的电压U。改变电枢线路的电压降。改变磁极磁通。1.直流电动机（4）起动、调速和反转控制③反转。将连接于电源上的电枢两端反接，或者将励磁绕组两端反接。1.直流电动机（5）特点①调速性能好。可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。②启动转矩大。③控制比较简单。④有易损件。2.三相异步感应电动机三相异步感应电动机是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120°）供电的一类电动机。（1）结构2.三相异步感应电动机

（1）结构2.三相异步感应电动机

（1）结构2.三相异步感应电动机

①定子

定子是用来产生旋转磁场的，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。

定子绕组定子绕组定子绕组①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。绕线异步感应电动机转子笼式异步感应电动机转子

有铜排转子和铸铝转子两种。笼式异步感应电动机转子转子2.三相异步感应电动机（2）工作原理2.三相异步感应电动机（3）型号三相异步电动机型号（规格代号）主要有中心高、机座长度、极数、功率等部分组成。①中心高是指由电机轴心到机座底角面的高度，据此可将电机分为大型、中型、小型和微型四种。中心高度在45～71mm的属于微型电动机；高度在80～315mm的属于小型；355～630mm的属于中型；630mm以上属于大型。②机座长度用大写英文字母表示。S表示短；M表示中等；L表示长。有些电动机型号中的这个字母会带有下角标，如1、2等，表示同系列中功率的差别，数字越大，表示功率越大。2.三相异步感应电动机（3）型号③极数用阿拉伯数字表示，如2表示2个磁极。④功率用阿拉伯数字表示，如2.3表示功率为2.3kW。例如电动机型号：Y100L2-4-3，各代号的含义为：Y代表三相异步电动机；数字100指的是电机中心高为100mm；L2是机座长度为短型，功率较大；数字4代表4个磁极；数字3表示电动机额定功率为3kW。2.三相异步感应电动机（4）特点①优点。转子结构简单、坚固，容易做到高速和小型轻量化。可以得到比较高的效率，弱磁控制与最大效率控制的同时使用可以达到高效率化的目的。价格低，可靠性好。②缺点。由于励磁电流是必要的，因此会引起功率因数的恶化，特别是在低速区域因数、效率恶化较为严重。另外该种电动机进行转矩控制难度较大。2.三相异步感应电动机（5）应用作为汽车的驱动电机，小型轻量化很重要，而异步电动机的这一优点已经得到认可，故其在许多电动汽车中均有应用。如日产MarchEV、福特ETX-1、丰田TownAceEV、三菱RebelEV等电动汽车均应用了异步电动机作为驱动电机。3.永磁无刷直流电动机如果将励磁直流电机的直流励磁绕组用永久磁铁代替，该电机就称为永磁直流电机。为了克服磁通量不变的缺点，又在其永磁定子中嵌入了激励磁场的电磁绕组，称为永磁复合式电机（也称为混合式电机），它的特点是既有永磁体又有励磁绕组。永磁直流电机分永磁有刷直流电机和永磁无刷直流电机两种。3.永磁无刷直流电动机（1）基本结构永磁无刷直流电机主要由电机本体（包括转子位置传感器）和电子开关驱动电路（包括电子换向电路和控制电路）两部分组成。①电机本体永磁无刷直流电机本体由定子、转子和位置传感器组成。①电机本体永磁无刷直流电机本体由定子、转子和位置传感器组成。定子绕组转子转子位置传感器转子位置传感器在无刷直流电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。电子开关驱动电路3.永磁无刷直流电动机

（2）工作原理3.永磁无刷直流电动机（3）驱动过程3.驱动过程3.永磁无刷直流电动机优点：①由于可以采用烯土磁铁等高性能永磁体，电动机可以实现较大的因数和较高的效率，特别是在低速时明显。②能得到较高的磁通密度，可以制成小型高速电动机。③容易多极化，可以制成轮毂式电动机。3.永磁无刷直流电动机缺点：①在定输出区域内当励磁较弱时效率会恶化。近年来随着嵌入式磁铁的采用，这种恶化正慢慢得以解决。②磁铁材料价格较高，而且安装困难，永久磁铁在发热时容易产生减磁现象。③逆变器遭短路破坏会造成电动机端子短路，产生很大的制动力。3.永磁无刷直流电动机应用：永磁电动机低速时高效率的优点对在市内频繁启停的汽车很有效。近年来根据这个观点的设计增多，特别是日本电动汽车中所使用的电动机，大都向永磁电动机阶段过渡。如丰田RAV4LVEV、本田EVPLUS等。4.开关磁阻电动机

开关磁阻电动机（SRM）是一种典型的机电一体化电动机，又称“开关磁阻电动机驱动系统（SRD）”，这种电动机主要由开关磁阻电动机本体、电力电子功率变流器、转子位置传感器以及控制器四部分组成。根据励磁方式，开关磁阻电动机分为励磁式和永磁式两种。4.开关磁阻电动机1）励磁式开关磁阻电动机（1）结构。①电动机本体。4.开关磁阻电动机开关磁阻电动机的定子与转子结构4.开关磁阻电动机

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。4.开关磁阻电动机

转子位置传感器4.开关磁阻电动机

转子位置传感器4.开关磁阻电动机

③功率变换器4.开关磁阻电动机（2）工作原理4.开关磁阻电动机

2）永磁式开关磁阻电动机4.开关磁阻电动机

3）开关磁阻电动机的特点（1）优点。①系统的调速范围宽。可以在低速下运行，也可以在高速场合下运行（最高转速可达15000r/min）。②结构简单、转子转动惯量小、成本低、动态响应快。③运行效率、可靠性等方面均优于感应电动机和同步电动机。④热量排放小，耐化学侵蚀能力强。可以在散热条件差、存在化学污染的环境下运行⑤价格低、适宜大批量生产。4.开关磁阻电动机

3）开关磁阻电动机的特点（2）缺点。①磁能变化不大时效率恶化、噪声变大。②较其他类型的电动机配套逆变器结构复杂。4.开关磁阻电动机

4）开关磁阻电动机的应用开关磁阻电动机适合要求低价格化、低速小型的电动汽车中，目前由于缺点较多，在电动汽车中很少应用。但永磁开关磁阻电动机被做成外转子电动机后，被应用于电动汽车的轮毂驱动系统。5.轮毂电动机电动汽车采用的轮毂式电动机驱动属于分散式电动机驱动模式。分散电动机驱动通常有轮毂电动机和轮边电动机两种方式。轮边电动机驱动模式的驱动电动机属于簧载质量范围，悬架系统隔振性能好。但是，安装在车身上电动机对整车总布置的影响很大，尤其是在后轴驱动的情况下。而且，由于车身和车轮之间存在变形运动，其对传动轴的万向传动也具有一定的限制。5.轮毂电动机1）结构形式

轮毂电动机动力系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。5.轮毂电动机1）结构形式轮毂电动机动力系统根据电动机的转子形式主要分成内转子型和外转子型两种结构。5.轮毂电动机1）结构形式5.轮毂电动机2）轮毂电动机的特点及应用

（1）优点。①可以完全省略传动装置，整体动力利用效率大大提高。②轮毂电动机使得整车总布置可以采用扁平化的底盘结构形式，车内空间和布置自由度得到极大的改善。③车身上几乎没有大功率的运动部件，整车的振动、噪声和舒适性得