新能源汽车电机及控制系统检修- -课件 项目二 永磁同步电机认知及检修

新能源汽车电机及控制系统检修项目

二

永磁同步电机

认知及检修

1.故障案例：一辆2018款吉利帝豪EV300电动汽车，车主反映，车辆启动上电正常，但挂挡后踩油门踏板，车辆不能行驶，熄火后再次启动能挂挡行驶。2.故障诊断：试车发现，启动车辆后“OK”灯亮起，表明动力电池供电正常，解码器进入诊断系统后未读到相关故障码，能够挂挡行驶。熄火几分钟后再次启动发现仪表出现故障指示灯，显示动力系统存在故障，解码读取的故障码比较多，有P102A04和U34A882等多个故障，表明电机控制器出现故障。查找电路图，初步检查了常电、IG电及搭铁，均正常。根据故障特点，将问题投向总线，断蓄电池负极后拔下电机控制器线束插头EP11，测量其27和28端子电阻值为125.8Ω，正常。3.故障排除：检查线束插头后发现EP11-27端子至EP02-13端子之间线束有接触不良故障，修复后故障消失，可以正常挂挡行驶。情景导入任务一

永磁同步电机的结构及原理项目描述

永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度高效率、体积小、响应快、运行可靠等优点，在新能源汽车上应用广泛。本任务介绍了永磁同步电机的结构、各组成部件以及在车上的安装位置。学习目标理论知识

永磁同步电机（permanentmagnetsynchronousmotors,PMSM）具有高转矩/惯量比、高功率密度高效率、体积小、响应快、运行可靠等优点。与异步电机相比，无需励磁电流，因而功率因数高；主磁场由转子永磁体提供，因而无转子铜耗和铁耗（铁耗很小），效率高。近年来，由于永磁材料性能不断提高，以及PMSM控制技术的不断成熟，PMSM在电动汽车上的应用越来越普及。

所谓永磁，指的是在制造电机转子时加人永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。理论知识

一、永磁同步电机的结构

永磁同步驱动电机由定子绕组、定子铁芯、转子铁芯、旋转变压器、电源动力引出线、水冷系统、机壳等组成，其结构示意图如图2-1-2所示。如图2-1-3所示的永磁同步电机采用三相8极结构，电机的定子铁芯与交流异步机相似，在铁芯内圆周有48个嵌线槽。理论知识

1、定子与三相绕组

永磁同步电机的定子是由导磁的定子铁芯和导电的定子绕组以及固定铁芯和绕组用的一些部件组成的，这些部件是机座、铁心压板、绕组支架等。为了能够产生旋转磁场，需要3个相对其中心轴旋转120°的绕组。通常这3个绕组被安装在三相交流电机的定子铁心上，如图2-1-4所示。三相绕组以星形电路成三角形电路连接，如图2-1-5所示。根据需要选择使用哪种电路。各相绕组之间的相位差为120°。理论知识

2、转子

转子采用内置永磁体结构，在铁芯内开有插装永磁体的槽，在永磁体两侧有隔磁的空气槽以减小漏磁，转子实物如图2-1-8所示。转子铁芯插入永磁体后用挡板压紧，压入转轴与轴承，如图2-1-9所示。汽车电机功率一般在100kW以下，转子发热量很小，定子通过水冷可很好散热，无需用风扇散热。按照永磁体在转子上安装位置的不同而形成转子磁路结构的不同，可分为表面式和内置式两种永磁同步电机。（1）表面式转子磁路结构（2）内置式转子磁路结构理论知识

3、机座与端盖

定子安装在机座内，机座是整个电机安装的基础，机座壁内有冷却水通道，冷却水通道是螺旋状环绕机座，分两层制作，两个冷却水管接头是冷却水的进出口。在机座两端有端盖，端盖封闭电机并支撑转子，前端盖是传动端的端盖,后端盖是非传动端的端盖，如图2-1-12所示。理论知识

4、电机冷却水道

如图2-1-13所示。比亚迪e6车型的冷却系统采用闭式强制水冷循环系统，冷却介质为乙二醇型冷却液。冷却系统由电动水泵提供动力（比亚迪e6车型），低温冷却液通过冷却管路由散热器流向待散热元件（电机控制器、DC、电机），冷却液在待散热元件处吸收热量后，再通过冷却管路流经散热器进行散热，之后进行下一个循环。理论知识

二、永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机具体工作原理如下：在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。

永磁同步电机的定子为三相对称绕组，与三相异步电动机结构相同。转子上粘有钕铁硼（NdFeB）磁钢.驱动器为交-直-交电压型逆变器，通过正弦波脉宽调制（SPWM）输出频率、电压可变的三相正弦波电压。三相正弦波电压在定子三相绕组中产生对称三相正弦波电流，并在气隙中产生旋转磁场。理论知识

三、永磁同步电机的特性1.永磁同步电机驱动特性

图2-1-14是永磁同步电机的驱动特性曲线。从图中可以看出:永磁同步电机系统具有更高的效率，尤其是低速下有更高的效率，更高的功率密度。理论知识

2.运行特性

永磁同步电机的运行特性主要是力学特性和工作特性。永磁同步电机稳态正常运行时，转速始终保持同步速不变，因此，其力学特性为平行于横轴的直线，调节电源频率来调节电机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。力学特性曲线图如图2-1-15所示。永磁同步电机的工作特性是指当电源电压恒定时，电机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。如图2-1-16所示为永磁同步电机的工作特性曲线图。理论知识

永磁同步电机有效率高、结构简单、转矩密度高、体积小、质量小、快速响应能力好、功率因素高等优点。特别是内置式永磁同步电机，其转子、直轴磁路不对称增加了电机的磁阻转矩，提高了电机的功率密度和过载能力，而且易于弱磁调速，非常适合用作电动汽车的驱动电机。理论知识

四、旋转变压器１.旋转变压器的结构与工作原理

为了达到电机静止起动和全转速范围内转矩波动的控制目的，需要利用旋转变压器（可简称“旋变”，某些车型称为“轴角传感器”）精确地测量电机转子磁极位置和速度。旋变是一种常用的伺服电机旋转编码器，与光电编码器相比，旋变抗振性能好，可以安装于恶劣的使用环境中，精度比光电编码器差一些。但绝大多数场合下，旋变的精度还是能满足要求的，是否需要抗振成了是否选择旋变的关键因素。旋变的本质是一个变压器，如图2-1-17所示。关键参数也与变压器类似，比如额定电压、额定频率、变压比。理论知识

２.旋转变压器的检测

(３)电机控制器与旋转变压器连接线路检测321(１)电机旋转变压器线圈阻值的测量(２)旋转变压器阻抗的检测技能提升

1.永磁同步电机的拆卸

以比亚迪ｅ５电机为例，比亚迪ｅ５使用的电机外形如图２-１-20所示(ｍｍ)。

1.断开维修开关2.识别电机安装位置3.识别比亚迪秦车型电机外部零件4.比亚迪e6车型的电机安装位置及外部接线识别5.打开车辆前舱发动机盖技能提升6.拆卸蓄电瓶负极7.查找电机控制器8.查找电机9.识别比亚迪ｅ６电机外部零件技能提升

2.旋转变压器检测与维修

具体步骤如下:(１)旋转变压器的识别１)识别出旋转变压器总成

２)识别出旋转变压器定子总成

３)识别旋转变压器转子总成(2）比亚迪秦车型永磁同步电机旋转变压器的就车检测1）关闭点火开关

2）戴好绝缘手套

3）取下维修开关4）取下电机控制器上的低压线束接插件5）测量旋转变压器正弦阻值6）测量旋转变压器余弦阻值7）测量旋转变压器励磁阻值8）测量旋转变压器正弦、余弦、励磁与壳体之间的绝缘性9）测量电机控制器接插件与旋转变压器接插件之间导线的导通情况

1、电机铭牌包括制造厂名、型号、编号、名称，以及主要参数（额定功率、额定电压、额定转速、相数、工作制、冷却方式、峰值功率、最高工作转速、绝缘等级、防护等级）等信息。2、电机型号名称由尺寸规格代号、电机类型代号、信号反馈元件代号、冷却方式代号、预留代号等部分组成。3、永磁同步驱动电机由定子绕组、定子铁芯、转子铁芯、旋转变压器、电源动力引出线、水冷系统、机壳等组成。4、永磁同步电机的定子是由导磁的定子铁芯和导电的定子绕组以及固定铁芯和绕组用的一些部件组成的，这些部件是机座、铁心压板、绕组支架等。5、转子采用内置永磁体结构，在铁芯内开有插装永磁体的槽，在永磁体两侧有隔磁的空气槽以减小漏磁。学习小结

6、定子安装在机座内，机座是整个电机安装的基础，机座壁内有冷却水通道，冷却水通道是螺旋状环绕机座，分两层制作，两个冷却水管接头是冷却水的进出口。7.永磁同步电机工作原理：在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等，所以可以把永磁同步电机的起动过程看成是由异步启动阶段和牵入同步阶段组成的。8.永磁同步电机特性分为驱动特性及运行特性。9.永磁同步电机的运行特性主要是力学特性及工作特性。学习小结

10.旋转变压器检测电机的转速、旋转方向（正转或反转）、电机位置（旋转角度），如果旋变信号失效或丢失，车辆将无法起动，相当于发动机上的曲轴位置传感器。11.旋转变压器有电磁感应、霍尔式两种。12.旋转变压器由以下5个主要部件组成:（1）励磁绕组的转子铁心，随着电机的转子旋转；（2）励磁绕组，能产生固定频率的磁场；（3）正弦绕组，感应励磁绕组的磁场并产生正弦信号；（4）余弦绕组，感应励磁绕组的磁场并产生余弦信号；（5）不同极对数的定子铁心，三种绕组都缠绕在其上。13.旋转变压器的检测包括：电机控制器与旋转变压器连接线路检测；旋转变压器阻抗的检测；电机旋转变压器线圈阻值的测量。学习小结

14.旋变本身并不复杂，其主要目的是为了正常检测电机工作时三相高压电与电机转子运转匹配情况。当旋变出现故障时，不论是间歇性的还是故障持续存在的，检测方法相同，关键是要确认旋变的阻值、线束导通情况，当这两点能确认，故障就很容易排除了。学习小结知识巩固

知识巩固

知识巩固

任务二

永磁同步电机的检修项目描述

为保证永磁同步电机的工作性能，需要对电机进行维护；永磁同步电机出现故障时，需要对电机进行检测；对永磁同步电机内的各部件进行检查时，需要对永磁同步电机进行拆装。本任务介绍了永磁同步电机的维护方法、拆装方法以及故障检测方法。学习目标理论知识

一、电机的维护１.外观检查

永磁同步电机一般是免维护的，但也要看一下是否漏油、漏液，若有红色液体露出，则检查是否是电机油封处，若是可更换油封，在更换油封时应用专业工装进行更换，另外可以不定期用万用表检查电机绝缘、线束连接、是否缺相等。电机使用一定的里程要进行电机油和冷却液的更换或者加注，比亚迪ｅ６车型的永磁同步电机加注油量为２Ｌ，电机用油型号为美孚ＡＴＦ２２０。２.电机异响如果检查中发现电机异响，进行判断后，可直接更换电机。理论知识

二、电机的检测检测前，取下维修开关，关断高压电，拔下电机控制器上的低压线束。１.温度传感器、旋变线圈、温度信号（针对e6车型）测量检查时，关断高压电，拔下低压线束、高压线束。检查电机A、B、C三相高压线与壳体间的阻抗，般大于20MΩ。(１)匝间短路

(２)电机温度过高电机过温保护检查步骤(３)电机常见的故障码(４)故障诊断与排除２.电机的绝缘检查3.电机A、B、C三相高压线检测4.驱动电机系统常见故障诊断与排除5.故障等级的划分理论知识

三、电机的拆装

当旋变/温感接插件处、转子、定子等出现问题时，需要对永磁同步电机进行拆装，拆装严格按照拆装步骤进行，拆装步骤在后面的实操以BYD-TYC110A、比亚迪e5的BYD-2177B电机的拆装为例进行介绍。在拆装的过程中，请注意保护好所有零部件，防止零部件被意外损坏。理论知识

四、电机的装配注意事项电机装配过程中的检查1（1）电机装配前检查（2）装配中的检查2滚动轴承的装配(１)滚动轴承前套装前的检查(２)滚动轴承的装配(３)热套配合前的检查技能提升

一、比亚迪ｅ６永磁同步电机的就车检测

电机上的温度传感器、旋变线圈、温度信号等，直接从电机控制器上拆下插接件(Ｂ３２)进行检测，电机三相绕组、绝缘的检测，可以通过拆下三相线，进行电阻值的测量。1起动按钮2拔下维修开关3打开车辆前舱电机盖4拆卸蓄电池负极线5拆卸低压插接件技能提升

6测量温控开关7测量励磁绕组8拆卸电机Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线9测量Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线之间的电阻10测量Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线与壳体的绝缘电阻技能提升

二、比亚迪秦车型永磁同步电机的就车检测

１、断开维修开关3、测量温度传感器2、拆下插接件(Ｂ２１)6、测量Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线与壳体的绝缘电阻5、测量Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线之间的电阻4、拆下电机Ａ、Ｂ、Ｃ三相高压线

1.电机的维护包括电机外观检查以及电机异响检查。2.电机的检测包括：（1）温度传感器、旋变线圈、温度信号（针对e6车型）测量；（2）电机的绝缘检查；（3）电机A、B、C三相高压线检测；（4）驱动电机系统常见故障诊断与排除。3.故障等级分为1级致命故障、2级严重故障、3级一般故障、4级轻微故障。4.旋变/温感接插件处、转子、定子等出现问题时，需要对永磁同步电机进行拆装，拆装严格按照拆装步骤进行。学习小结知识巩固

知识巩固

任务三

永磁同步电机控制系统的检修项目描述

电控单元相当于传统汽车的ECU，是电动汽车上对高压零部件实现控制的主要执行单元。本任务主要介绍了永磁同步电机控制系统的组成、功能、工作原理及控制方法，然后介绍了永磁同步电机控制系统的检测内容及检测方法。学习目标理论知识

永磁同步电机控制系统包括电机控制器、高压配电箱、驻车开关、加速踏板深度传感器制动开关、制动踏板深度传感器、MG2、动力蓄电池管理器动力CAN总线等部件，组件安装位置如图2-3-1所示，电机控制系统框图如图2-3-2所示。理论知识

一、永磁同步电机控制系统的组成1、电机控制器1）电机控制器结构2）电机控制器安装位置及外形2、高压配电箱1）作用2）安装位置3）内部结构3、加速踏板深度传感器5、动力CAN总线4、动力蓄电池管理器理论知识

二、永磁同步电机控制系统工作原理及控制方法1、电机控制系统原理

永磁同步电机控制系统组成框图如图2-3-9所示。在控制方法中，磁场定向控制FOC和直接转矩控制DTC作为交流电机的2种高性能控制策略，在实际中得到了广泛的应用。

电机控制器接受挡位开关信号、加速踏板深度、制动踏板深度、旋变等信号，经过逻辑处理和判断，来控制电机正、反转转速等。理论知识

2、永磁同步电机的控制方法

新能源汽车永磁同步电机的控制较为复杂，其控制方法也有多种，常见的有矢量控制（磁场定向控制）、直接转矩控制、恒压频比开环控制。（1）矢量控制(２)直接转矩控制(３)恒压频比开环控制(ＶＶＶＦ)(４)智能控制理论知识

三、永磁同步电机控制系统检修１、电机控制系统各部件检修(比亚迪ｅ６车型)

(１)电机控制器低压电源电路检修(３)检查整车起动流程(４)测量电机控制器高压输入端与输出端的电压(５)检查直流充电口总成高低压线束(２)电机控制器高压电源电路检修理论知识

(６)驻车回路检查(８)制动灯开关检测(９)高压配电箱低压控制端检测(７)加速踏板深度传感器检测技能提升

１、电机控制器(ＶＴＯＧ)低压电源电路检测1(１)拔出低压插接件2(２)测量Ｂ３２-３８针脚与车身地电压3(３)测量电机控制器Ｂ３２-６１针脚与车身地的电压4(４)测量电机控制器Ｂ３２-６２针脚与车身地的电压技能提升

２、检查交流充电口总成高低压线束(４)测量电机控制器与充电口连接线束(５)测量充电口(１)打开充电口防护盖(２)拔下电机控制器低压插接件(３)测量与电机控制器低压接口连接线束技能提升

３、加速踏板深度传感器线路检测