【课件】2-1 直流驱动电机结构与检修

项目2新能源汽车驱动电机检修任务1直流驱动电机结构与检修任务导入汽车在行驶过程中，电机出现了杂音和其他不正常的现象。经过了多次的试车检查，汽车工程师判断可能是电机定子、转子铁芯有松动，需要让维修工程师拆开电机进一步检查，如果你是维修工程师，你能安全、规范地拆装永磁无刷直流电机吗？新能源汽车驱动电机及控制系统检修1.了解直流电机的概念、结构组成、分类及运行原理；2.掌握永磁无刷直流电机的拆装注意事项；3.具备正确拆卸和安装永磁无刷直流电机的能力。4.认真严谨、积极主动。安全生产，文明施工。5.与小组成员、同学之间能合作交流，协调工作。6.获得分析问题和解决问题的基本方法。任务目标01/02/直流电机的结构直流电机的概念CONTENT03/直流电机的分类目录04/直流电机工作原理05/永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理新授Newlesson01PARTONE一、直流电机的概念当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。一、直流电机的概念传统的直流电机采用电刷进行机械换向，这项技术不可避免的会带来机械摩擦，而且会有电火花、噪声和电波干扰等缺陷，造成电机寿命大大缩短，再加上电刷会导致制造设计成本和维护费用增加,为了解决这些问题，无刷直流电机在直流电机的基础上诞生了。通常将转速高于10000Rpm的无刷直流电机称为高速无刷直流电机，高速无刷直流电机继承了无刷直流电机的一系列的优点，已经在各个行业得到了广泛的应用。二、直流电机的结构直流电机主要由以下几个部分组成机座电枢主磁极换向磁极换向器刷架端盖风扇出线盒直流电机（实物图）直流电机二、直流电机的结构直流电机主要由以下几个部分组成机座电枢主磁极换向磁极换向器刷架端盖风扇出线盒直流电动机的构造及磁场（实物图）直流电动机的构造及磁场二、直流电机的结构定子——主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等组成1主磁极的作用是产生气隙磁场，磁极可以是永磁体，也可以是电励磁式的。主磁极由主磁极铁芯和励磁绕组两部分组成。铁芯分为极身和极掌两部分，一般用0.5～1.5mm厚的硅钢板片叠压铆紧而成。极身为上面套励磁绕组的部分，极掌为下面扩宽的部分。下图为直流电机的主磁极。（1）主磁极二、直流电机的结构定子——主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等组成1（2）换向磁极换向磁极的用途为改善换向，减少电机运行时在电刷下产生的火花。二、直流电机的结构定子——主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等组成1电刷作为转子电枢绕组的引出端，它的作用主要是导通作用。目前，高端的新型直流电机的电刷采用先进的电子接触，称为无刷电机。下图为直流电机的电刷。（3）电刷二、直流电机的结构定子——主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等组成1（4）机座机座由铸钢或钢板制成，起到固定支撑作用，又叫磁轭，是磁路的一部分。二、直流电机的结构转子主要由电枢绕组、电枢铁心及换向器等组成，也称为电枢。端盖上安装有轴承用来支撑电机转子旋转，端盖被固定在机座两端。电刷架安装在端盖上，电刷则与换向器相接触。转子的作用为当通电后在磁场中受力，产生电磁转矩。电枢铁心固定在转轴上，由铁磁材料冲压开槽叠片而成。直流电机转子2转子二、直流电机的结构转子2电枢铁心有两个作用:一是作为主磁路的主要部分；二是嵌放电枢绕组。由于主磁场和电枢铁心之间的相对运动，会在铁心中引起磁滞损耗和涡流损耗（这两部分损耗合在一起称为铁心损耗，简称“铁耗”）。（1）电枢铁心为了减少铁心损耗，通常用0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片的冲片叠压而成，固定在转轴上。电枢铁心沿圆周上有均匀分布的槽，里面可嵌入电枢绕组。二、直流电机的结构转子2电枢绕组有规律地绕在转子铁心槽内，与换向器连接，形成闭合回路。电枢绕组的作用为在运动中切割磁力线并产生电动势(对发电机)或电磁转矩(对电动机)。（2）电枢绕组换向器是直流电机里的一种特殊装置，每两个相邻的换向片中间是云母绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组可以与外电路连接。换向器为直流电动机特有的结构特征，易于识别。二、直流电机的结构转子2换向器装在转子的一端，是由许多换向片组成的整体，换向片之间是相互绝缘的，转动的换向器与固定的电刷滑动接触，使转动的电枢绕组与静止的外电路相连接。（3）换向器三、直流电机的分类这种电动机的励磁绕组同电枢线圈并联，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，为了减少它的铜损失，并励绕组必须具有较大的电阻以减少励磁电阻。因此，并励绕组的匝数较多，用较细的导线绕成。并励直流电动机1并励直流电动机的电气原理三、直流电机的分类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。为了减少其电压降及铜损失，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，而匝数较少。串励直流电动机2串励直流电动机的电气原理四、直流电机工作原理（a）

（b）

如图所示为直流电机的工作原理示意图。图中，定子有一对N、S极，电枢绕组的末端分别接到两个换向片上，正、负电刷A和B分别与两个换向片接触。四、直流电机工作原理

如果给两个电刷加上直流电源，如图（a）所示，则有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出。根据电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可用左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如图（b）所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可用左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电机的工作原理。五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理永磁无刷直流电机(BrushlessDirectCurrentMotor，即BLDCM)主要由电机本体、转子位置传感器和电子换向器等三部分组成，其基本结构和原理如图所示。五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理永磁无刷直流电机本体1电机定子铁心中嵌有单相或对称的多相绕组，电枢绕组可以接成星形或三角形，其中星形连接在低转速时输出高转矩，三角形连接在低转速时输出低转矩，这是因为在三角形连接中，一半的电压加在未被驱动的绕组两端，降低了电机的效率和转矩。永磁无刷直流电机的转子由一定极对数的永磁体构成，其永磁体多采用稀土永磁材料制作，常见的转子结构主要有表面式和内嵌式两种，其中表面式最为常见，电机转子结构的多样化使得永磁无刷直流电机正朝着高转矩、高精度、多用途和微型化等方向发展。永磁无刷直流电机本体由定子和转子两部分构成。五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理转子位置传感器2为电子换向器提供正确的换相信号以控制定子绕组换相，无刷直流电机的转子位置传感器代替了传统有刷直流电机中的碳刷和滑环。常用的转子位置传感器主要有电磁式、光电式和磁敏式三种。电磁式位置传感器可靠性高、使用寿命长、输出信号大，但信噪比较低、输出的交流信号需经整流滤波后才能使用。光电式位置传感器体积小、重量轻，但对环境要求较高，使用寿命较短。磁敏式位置传感器成本低廉、环境适应性很强、结构简单、易安装，因此在永磁无刷直流电机中得到广泛的应用。转子位置传感器在永磁无刷直流电机中的作用是检测转子位置。五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理电子换向器3无刷直流电机的转子跟随定子上的旋转磁场运动，因此需要按照一定的顺序给定子各相绕组轮流馈电，使其产生旋转的定子磁场，永磁体产生的转子磁场与旋转的定子磁场相互作用，两者瞬时速度不同，但平均速度相同，因此能保持相对同步。电子换向器和转子位置传感器协同工作，位置传感器发出转子位置信号，电子换向器根据此位置信号开通或关断电力电子器件，以实现电机的换相。电子换向器主要由电力电子器件及其驱动电路组成，用来控制定子各相绕组的导通顺序。五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理

无刷直流电机用电子换向器和位置传感器代替传统有刷直流电机中的机械换向器和碳刷，其电子换向器按控制电路可分为全桥式和半桥式两种，按电机绕组连接方式可分为星形和三角形两种。下图为三相星形全桥逆变电路五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理

设永磁无刷直流电机的初始导通相为U，V两相，此时功率开关管T1和T6导通，电流由U相流入，由V相流出。此状态持续60°电角度后开始换相，T6关断，T2导通，此时导通相为U，W两相，电流由U相流入，由W相流出。此状态持续60°电角度后开始换相，T1关断，T3导通，此时导通相为V，W两相，电流由V相流入，由W相流出。此状态持续60°电角度后开始换相，T2关断，T4导通，此时导通相为V，U两相，电流由V相流入，由U相流出。此状态持续60°电角度后开始换相，T3关断，T5导通，此时导通相为W，U两相，电流由W相流入，由U相流出。以上图为例可说明永磁无刷直流电机的工作原理五、永磁无刷直流电机的基本结构与工作原理

此状态持续60°电角度后开始换相，T4关断，T6导通，此时导通相为W，V两相，电流由W相流入，由V相流出。此状态维持60°电角度后开始换相，T5关断，T1导通，此时导通相为U，V两相，电流由U相流入，由V相流出，回到初始状态，构成一个换相周期，形成三相六拍状态。各功率开关管的导通顺序为T1T6、T1T2、T3T2、T3T4、T5T4、T5T6、T1T6，电流形成六个状态分别为UV，UW，VW，VU，WU，WV，每个状态均持续60°电角度。一个换相周期内，无刷直流电机的每相正向导通120°电角度，反向导通120°电角度。以上图为例可说明永磁无刷直流电机的工作原理实训PracticalTraining02PARTTWO任务实施实训准备序号设备及工具图片设备及工具名称数量设备及工具是否完好1

□是□否2

□是□否3

□是□否4

□是□否5

□是□否6

□是□否7

□是□否8

□是□否质检意见原因：□是□否任务实施姓名

班级（专业）

完成日期

实训任务1：永磁无刷直流电机的拆卸序号操作步骤记录完成情况1拆开风扇外壳

拆卸工具：防护工具：已完成□未完成□2取出卡簧

拆卸工具：已完成□未完成□任务实施3撬出风扇

拆卸工具：方法：已完成□未完成□4卸掉转子后盖紧固螺丝

拆卸工具：螺丝个数：螺丝规格：螺丝拆卸顺序：螺丝拆卸力矩：螺丝拆卸后的放置位置：已完成□未完成□5取出转子

拆卸工具：转子拆卸方法：转子拆卸力矩：转子拆卸后的放置位置：已完成□未完成□任务实施实训任务2：永磁无刷直流电机的安装序号操作步骤记录完成情况1安装转子垫片

安装工具：已完成□未完成□