新能源汽車驅動電機及控制技術 課件全套 項目1-5 新能源汽車驅動電機-新能源汽車能量管理系統(tǒng)

新能源汽車驅動電機及控制技術高等職業(yè)教育新能源汽車類專業(yè)教材Contents項

目

一 新

能

源

汽

車

驅

動

電

機項

目

二 新

能

源

汽

車

驅

動

電

機

控

制

系

統(tǒng)項

目

三 新

能

源

汽

車

動

力

驅

動

單

元項

目

四 新

能

源

汽

車

驅

動

電

機

冷

卻

系

統(tǒng)項

目

五 新

能

源

汽

車

能

量

管

理

系

統(tǒng)知識目標(１)掌握驅動電機的作用

(２)掌握常見驅動電機的特點

(３)掌握驅動電機的類型

(４)掌握常見類型驅動電機的結構

(５)了解常見驅動電機的工作原理

(１)能夠進行驅動電機總成的拆卸與安裝

(２)能夠正確認識同步電機的銘牌、結構部件

(３)能夠正確認識異步電機的銘牌、結構部件

(４)能夠正確認識開關磁阻電機的結構部件

(５)掌握常見驅動電機的拆裝方法

(１)能夠制訂工作計劃，獨立完成工作學習任務(２)能夠在工作中與小組其他成員合作、交流并進行學習任務分工，具備團隊合作和安全操作的意識(３)養(yǎng)成服從管理、規(guī)范作業(yè)的良好工作習慣技能目標素質目標(４)培養(yǎng)安全工作的習慣?

?

學時:２０學時項目一 新能源汽車驅動電機n 任務1n 任務2新能源汽車驅動電機的認知永磁同步電機的結構認知n 任務3

交流異步電機的結構認知n 任務4

開關磁阻電機的結構認知1

.

任

務

描

述驅動電機也稱為動力電機或驅動電動機，其在新能源汽車中具有驅動和發(fā)電的雙重

功能，即在正常行駛時，發(fā)揮電動機功能，將電能轉化為機械能旋轉，在減速和下坡

滑行時又被要求進行發(fā)電，將車輪的慣性動能轉化成電能。本任務將介紹新能源汽車

驅動電機的知識，并使學生掌握新能源汽車驅動電機總成的拆卸與安裝方法。一輛新

能源汽車的驅動電機發(fā)生故障，技術總監(jiān)檢查認為需要更換驅動電機總成，將此車交給你進行維修處理，你能完成這個任務嗎?任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的作用2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知驅動電機是一種將電能轉化成動能，用來驅動其他裝置的電氣設備。驅動電機是純電動汽車唯一的動力源，可向外輸出轉矩，驅動汽車前進或后退。同時驅動電機也可以作為發(fā)電機發(fā)電，例如在整車陡坡下滑、高速滑行以及制動過程中，驅動電機將作為發(fā)電機將勢能或動能轉化為電能。圖

１-１

驅動電機的示意圖Ｕ-線電壓 Ｖ-相電壓 Ｗ-線電流2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知圖

１-２

新能源汽車主要部件? 新能源汽車驅動電機的作用驅

動

電

機

的

作

用

是

向

整

車

提

供

驅

動

力

，

是

新

能

源

汽

車

驅

動

系

統(tǒng)

的

核心

部

件

之

一

。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知圖

１-３

驅動電機轉速與轉矩要求驅

動

純

電

動

汽

車

和

混

合

動

力

電動

汽

車

的

電

機

需

要

在

各

個

轉

速

下

均

能夠

產

生

轉

矩

，

圖

１

-

３ 所

示

為

汽

車

用驅

動

電

機

的

轉

矩

與

轉

速

之

間

的

關

系

。這

種

曲

線

稱

為

轉

矩

-

轉

速

曲

線

。

汽

車用

驅

動

電

機

在

中

速

以

下

時

要

求

恒

定

功率

輸

出

，

轉

矩

與

轉

速

組

合

決

定

電

機

的運

轉

情

況

，

根

據坡

道

起

步

、

急

加

速

、

行

駛

區(qū)

域

、

高

速巡

航

等

不

同

的

行

駛

狀

態(tài)

，

會

發(fā)

生

很

大的

變

化

。? 新能源汽車驅動電機的作用? 新能源汽車對驅動電機的性能要求2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知1.體積小、功率密度大2.效率高、高效區(qū)廣、重量輕3.低速大轉矩及轉速范圍寬的恒功率特性4.高可靠性5.高電壓6.安全性能7.高轉速8.使用壽命長新

能

源

汽

車

驅

動

電

機

需

要在

充

分

滿

足

汽

車

運

行

功

能

的

同時

，

還

應

滿

足

行

駛

的

舒

適

性

、環(huán)

境

適

應

性

等

性

能

要

求

，

以

及對

車

輛

一

次

充

電

續(xù)

駛

里

程

的

要求

。

新

能

源

汽

車

驅

動

電

機

具

有比

普

通

工

業(yè)

電

機

更

為

嚴

格

的

技術

規(guī)

范

和

標

準

要

求

，

其

主

要

性能

要

求

如

下

。? 新能源汽車對驅動電機的性能要求2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知1.體積小、功率密度大為了充分利用有限的車載空間，減小車輛質量，降低運行中的能量消耗應盡量減小驅動電機的體積和質量。電機可以采用鋁合金外殼，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)等也要求盡可能輕量化和小型化。２.

效率高、高效區(qū)廣、重量輕新能源汽車驅動電機的第二個性能要求就是效率高、高效區(qū)廣、質量輕。續(xù)駛里程一直是新能源汽車的短板，而提升續(xù)駛里程的方法就是提升驅動電機的效率，保證每一度電都能發(fā)揮最大的用處。驅動電機的高效工況區(qū)要夠廣，保證汽車在大部分工況下都是處于高效狀態(tài)，減輕電機質量，也能間接降低整車的功耗，提升續(xù)駛里程。? 新能源汽車對驅動電機的性能要求2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知３.

低速大轉矩及轉速范圍寬的恒功率特性即使沒有變速器，電動機本身應能滿足所需的轉矩特性，以獲得在起動、加速、行駛、減速、制動等各種運行工況下要求的功率和轉矩。電機應具有自動調速功能，可以減輕駕駛員的操縱強度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達到與傳統(tǒng)內燃機汽車同樣的控制響應速度。４.

高可靠性在任何運行工況下都應具有高可靠性，以確保車輛的行駛安全。５.

高電壓在允許的范圍內盡可能采用高電壓，可以減小電機的尺寸和控制器、導線等設備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。? 新能源汽車對驅動電機的性能要求2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知６.

安全性能動力蓄電池組、驅動電機等強電部件的工作電壓能達到３００Ｖ以上，對電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求，新能源汽車驅動電機必須符合相關車輛電氣控制的安全性能標準和規(guī)定。７.

高轉速與低轉速電機相比高轉速電機的體積和質量小，有利于降低整車裝備的質量。８.

使用壽命長為降低新能源汽車的使用成本，驅動電機的使用壽命應和車輛保持一致，真正實現節(jié)能目標。同時驅動電機還要求具有耐高溫和耐潮性能、運行噪聲低、結構簡單、成本低、適合批量生產、使用及維護方便等特點。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(１)直流電機直流電機是輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。圖１-４

所示為直流電機基本結構示意圖。它的固定部分(定子)上裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極Ｎ

和Ｓ，在旋轉部分(轉子)上裝設電樞鐵芯，定子與轉子之間有一氣隙，在電樞鐵芯上放置了由Ａ

和Ｘ

兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片，換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器，換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間也互相絕緣，在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。圖

１-４

直流電機基本結構示意圖2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(２)永磁同步電機同步電機是指轉子轉速與定子旋轉磁場轉速同步的電機，如圖１-５

所示永磁同步電機的轉子為永磁體，轉子磁體的Ｎ極、Ｓ極隨著定子繞組旋轉磁場磁極的移動而旋轉，磁場產生磁通量，轉子完成電能與機械能的轉換。永磁同步電機主要由定子、轉子及端蓋等部件組成。一般來說，永磁同步電機的最大特點是它的定子結構與普通的感應電機結構非常相似，主要區(qū)別在于轉子的結構與其他電機轉子結構不同，永磁同步電機與常用的異步電機的最大不同則是轉子的獨特結構，在轉子上放有高質量的永磁體磁極。圖

１-５

同步電機的結構示意圖2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型由

于

在

轉

子

上

安

放

永

磁

體

的

位

置

不

同

，

永

磁

同

步

電

機

通

常

會

被

分

為三

大

類

:

面

貼

式 (

Ｓ

Ｐ

Ｍ ) 、

插

入

式

以

及

內

嵌

式

(

Ｉ

Ｐ

Ｍ )

。圖

１-６

永磁同步電機轉子斷面2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型用于汽車驅動的同步電機幾乎都為旋轉磁極式，轉子使用永磁體，此外同步電機開環(huán)控制容易產生脫離同步運轉的情況，因此需要對轉子的磁極位置進行檢測，根據磁極的變化改變定子三相電纜電流的供給。由于永磁同步電機轉子是永磁體勵磁，隨著轉速的升高，電壓會逐漸達到逆變器所能輸出的電壓極限，這時要想繼續(xù)升高轉速只有靠調節(jié)定子電流的大小和相位，增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉速，電機的弱磁能力大小，主要與直軸電抗和反電動勢大小有關，但永磁體串聯在直軸磁路中，所以直軸磁路一般磁阻較大，弱磁能力較小，電機反電動勢較大時，也會降低電機的最高轉速。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(３)交流異步電機交流異步電機又稱“感應電動機”，即轉子置于旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而使轉子轉動。轉子是可轉動的導體通常多呈鼠籠狀如圖１-７所示。圖

１-７

異步電機2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(３)交流異步電機異步電機的籠形導體是將棒狀的導體排布在圓周上，在端部通過圓環(huán)短路，異步電機的內側為線槽，在其內部纏繞繞組，繞組由Ｕ、Ｖ、Ｗ

三組構成三相分布繞組。圖１-８

所示為感應電機繞組。三相分布繞組接通三相交流電流以后產生旋轉磁場，通過磁場旋轉移動，轉子導體棒橫穿磁場，根據右手法則，在轉子內產生電動勢，該電動勢使得電流在轉子導體內流動，再按照左手法則，由轉子導體的電流與定子的勵磁產生力，產生轉矩。異步電機的主要特點是轉子與定子磁場變化之間存在轉速差。圖

１-８

感應電機繞組2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(４)開關磁阻電機開關磁阻電機是一種新型調速電機，是繼變頻調速系統(tǒng)、無刷直流電機調速系統(tǒng)之后的最新一代調速系統(tǒng)。它的結構簡單堅固、調速范圍寬、系統(tǒng)可靠性高，完整系統(tǒng)主要由電機實體、控制系統(tǒng)兩部分組成，控制系統(tǒng)內包含功率變換器、控制器和轉子位置傳感器。圖

１-９

開關磁阻電機結構2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型(４)開關磁阻電機目前開關磁阻電機的應用和發(fā)展取得了明顯的進步，主要應用于電動車驅動、通用工業(yè)、家用電器和紡織機械等領域，功率范圍從１０Ｗ

到５ＭＷ，最大轉速高達１０００００ｒ/ｍｉｎ，開關磁阻電機結構如圖１-９所示。圖

１-９

開關磁阻電機結構2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型①開關磁阻電機主要優(yōu)勢如下:電機的結構簡單，轉子上沒有任何形式的繞組，定子上只有簡單的集中繞組，端部較短，沒有相間跨接線，因此開關磁阻電機具有制造工序少、成本低、工作可靠、維修量小等特點。開關磁阻電機的轉矩與電流極性無關，只需要單向的電流激勵，理論上功率變換電路中每相可以只用一個開關元件，且與電動機繞組串聯，不會像ＰＷＭ(脈沖寬度調制)逆變器電源那樣，存在兩個開關元件直通的危險，因此開關磁阻電機驅動系統(tǒng)線路簡單，可靠性高，成本低于交流調速系統(tǒng)。由于開關磁阻電機采用了獨特的結構和控制方法，與感應電機相比，它在某些方面具有優(yōu)勢，開關磁阻電機系統(tǒng)的效率和功率密度在寬廣的速度和負載范圍內都可以維持在較高水平。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 新能源汽車驅動電機的類型l

電機的類型②開關磁阻電機的主要缺點如下:轉矩脈動大與噪聲、振動大，從工作原理可知，開關磁阻電機轉子上產生的轉矩是由一系列脈沖轉矩疊加而成的，這影響了開關磁阻電機性能。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 常見新能源汽車的驅動電機l

常見新能源汽車的驅動電機圖

１-１０

特斯拉純電動汽車驅動電機(１)特斯拉純電動汽車驅動電機特斯拉純電動汽車的驅動電機為自主研發(fā)的三相交流感應電機(圖１-１０)，擁有優(yōu)異的纏繞線性，能極大減少阻力和能量損耗。同時相對整車而言，其電機體積非常小，通過高性能信號處理器將制動、加速、減速等需求轉換為數字信號，控制轉動變頻器將電池組的直流電與交流電相互轉換，以帶動三相感應電機為汽車提供動力。2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 常見新能源汽車的驅動電機l

常見新能源汽車的驅動電機(２)北汽新能源驅動電機圖１-１１

所示為北汽新能源Ｅ１５０ＥＶ的驅動電機，圖１-１２

所示為Ｅ１５０ＥＶ的電機控制器，驅動電機控制方式如下:驅動電機控制器將動力蓄電池提供的直流電轉化為交流電，然后輸出給電機，通過電機的正轉實現整車加速、減速，通過電機的反轉實現倒車，驅動電機控制器通過有效的控制策略，控制動力總成以最佳方式協調工作。圖

１-１１

北汽新能源

Ｅ１５０ＥＶ

驅動電機2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 常見新能源汽車的驅動電機l

常見新能源汽車的驅動電機(３)比亞迪新能源汽車驅動電機比亞迪新能源汽車使用的驅動電機為交流無刷永磁同步電機，如圖１-１３

所示它具有高密度、小型輕量化、高效率、高可靠性、高耐久性、強適應性等優(yōu)點。驅動電機通過采集電機旋變信號進行工作，當車輛要行駛時，電機通過旋轉變壓器檢測到電機的位置，位置信號通過控制器的處理，發(fā)送相關信號給控制器ＩＧＢＴ，邏輯信號控制ＩＧＢＴ開斷，控制器輸出近似正弦波交流電。圖

１-１２

Ｅ１５０ＥＶ

驅動電機控制器2

.

知

識

準

備任務一

新能源汽車驅動電機的認知? 常見新能源汽車的驅動電機l

常見新能源汽車的驅動電機(４)榮威Ｅｉ５純電動汽車驅動電機榮威Ｅｉ５

純電動汽車使用的驅動電機是永磁同步電機如圖１-１４

所示，電機總成采用水冷的方式進行冷卻，定子是由三項繞組構成的回路，三相繞組分別為Ｕ、Ｖ、Ｗ，以Ｙ形方式連接，Ｙ形連接方式的特點是每個回路都連接在同一個端點，車輛的高壓電纜分別連接到電機的每個繞組上，驅動/發(fā)電電機轉子的兩端都由軸承支撐，定子產生磁場，并推動轉子實現順時針或逆時針的轉動。圖

１-１４

榮威

Ｅｉ５

純電動汽車驅動電機準備工作閱讀維修手冊，制訂拆裝方案，準

備

所

需

防

護裝

備

、

車

輛

、臺

架

、

工

具

、輔助材料等操作流程操作提示在

維

修

新

能

源汽

車

中

，

所

有黃

色

高

壓

線

都有

高

壓

互

鎖

裝置

，

須

互

鎖

到位。3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知電機總成拆卸3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知本操作任務主要是完成純電動汽車驅動電機總成的拆卸和安裝(一)工作準備以榮威Ｅｉ５純電動汽車為例?

實施準備如下(１)防護裝備:防護用品一套(工作服、絕緣勞保鞋、護目鏡、絕緣頭盔、絕緣手套)(２)車輛、臺架、總成:榮威Ｅｉ５純電動汽車或其他純電動汽車一輛(３)專用工具、設備:拆裝專用工具(４)手工工具:新能源汽車維修組合工具(５)輔助材料:高壓電維修警示牌和設備、絕緣地膠、二氧化碳類型滅火器、清潔劑3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知圖１-１５取下水箱蓋(二)實施步驟１.

純電動汽車驅動電機總成拆卸１)拆卸蓄電池負極端子(１)取出點火鑰匙，取下水箱蓋，如圖１-１５所示(２)選用１０ｍｍ扳手拆下蓄電池負極線固定螺栓，取下負極線，并對負極接頭做好防護注意事項:①拆卸蓄電池負極前，必須確保點火開關處于關閉狀態(tài)，并將車鑰匙放在口袋②等待１５ｍｉｎ后再進行下一步操作③拆卸高壓零部件前，必須做好防護措施④拆卸高壓零件時，必須使用絕緣工具3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知２)拆卸輪胎(１)使用鉗子拆下左前輪４個輪轂螺栓保護帽，如圖１-１６所示(２)使用彎桿、直桿配合２１ｍｍ套筒，拆松左前輪４顆固定螺栓(３)使用鉗子拆下右前輪４個輪轂螺栓保護帽(４)使用彎桿、直桿配合２１ｍｍ套筒拆松右前輪４顆固定螺栓(５)舉升車輛至一定高度，使用直桿配合２１ｍｍ套筒，拆下左、右前輪各４個固定螺栓并拆下左、右前輪輪胎，如圖１-１７所示圖１-１６拆下左前輪４

顆輪轂螺栓保護帽3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知圖１-１７拆下左、右前輪輪胎3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知３)齒輪油的排放(１)使用Ｍ１０內六角扳手拆下齒輪箱放油螺栓如圖１-１８所示(２)排空齒輪箱油如圖１-１９所示(３)用手安裝齒輪箱放油螺栓(４)使用Ｍ１０內六角扳手擰緊齒輪箱放油螺栓，標準擰緊力矩:12.5Ｎ

ｍ(５)使用干凈的抹布清潔齒輪箱油跡如圖１-２０所示圖１-１８拆下齒輪箱放油螺栓圖１-１９排空齒輪箱油圖１-２０清潔齒輪箱油跡3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知４)冷卻液的排放(１)拆下冷卻液水箱放水螺栓如圖１-２１所示(２)排空冷卻液注意事項:排空冷卻液前必須確保冷卻液溫度已經降到６０℃以下(３)擰緊水箱放水螺栓(４)使用干凈抹布擦拭干凈放水螺栓處(５)拆卸動力蓄電池低壓控制線束插接器(６)拆卸動力蓄電池高壓控制線束插接器圖１-２１拆下冷卻液水箱放水螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知５)拆卸左前半軸(１)使用一字螺絲刀，解開半軸螺栓口，如圖１-２２所示(２)使用彎桿、直桿配合３２ｍｍ套筒，擰松左前半軸固定螺栓如圖１-２３所示(３)使用一字螺絲刀解開ＡＢＳ(防抱死制動系統(tǒng))輪速傳感器固定線束(４)使用快速扳手配合１０ｍｍ套筒拆下左前輪制動液管固定螺栓圖１-２２解開半軸螺栓口圖１-２３擰松左前半軸固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(５)使用彎桿、直桿配合18ｍｍ套筒，另一旁用18ｍｍ扳手卡住，拆下左前輪羊角２顆固定螺栓如圖１-２４所示(６)取出左前半軸固定螺栓(７)取出與羊角連接處的左前半軸花鍵(８)取出左前半軸總成如圖１-２５所示(９)安裝羊角帶上固定螺栓圖１-２４拆下左前輪羊角２

顆固定螺栓圖１-２５取出左前半軸總成3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知６)拆卸右前半軸(１)使用一字螺絲刀解開半軸螺栓口(２)使用彎桿配合３２ｍｍ套筒拆松右前半軸固定螺栓(３)使用一字螺絲刀解開ＡＢＳ輪速傳感器固定線束(４)使用快速扳手、直桿配合１０ｍｍ套筒拆下右前輪制動液管固定螺栓(５)使用彎桿、直桿配合１８ｍｍ套筒，另一旁用１８ｍｍ扳手卡住，拆下右前輪羊角２顆固定螺栓(６)取出右前半軸固定螺栓(７)取出右前半軸花鍵(８)取出右前半軸總成(９)安裝羊角，帶上固定螺栓，如圖１-２６所示圖１-２６安裝羊角并帶上固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知７)拆卸驅動電機附屬零件(１)拆卸驅動電機低壓線束插接器(２)使用一字螺絲刀解開驅動電機低壓線束插接器固定卡口(３)使用魚嘴鉗脫開驅動電機散熱出水管卡箍(４)拔下驅動電機散熱出水管3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知８)拆卸變速器后扭力支架(１)選用彎桿、１８ｍｍ套筒拆下變速器后扭力支架１顆固定螺栓如圖１-２７所示(２)選用彎桿、１５ｍｍ套筒拆下變速器后扭力支架２顆固定螺栓(３)選用彎桿、１３ｍｍ套筒拆下變速器后扭力支架２顆固定螺栓(４)取出變速器后扭力支架總成注意事項:在拆變速器后扭力支架總成時應防止支架總成自由墜落發(fā)生意外拆卸時必須用手扶著變速器后扭力支架總成(５)將車輛降至一定高度圖１-２７拆下變速器后扭力支架１

顆固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知９)拆卸電機控制器(１)使用絕緣一字螺絲刀拆下永磁同步電機控制器低壓線束端口，并將低壓接插件控制線束端口放在合適位置注意事項:在使用一字螺絲刀工具時，螺絲刀刀頭需要包裹電工膠布進行作業(yè)(２)拆卸驅動電機插接器(３)取出驅動電機三相插接件線束插頭如圖１-２８所示圖１-２８取出驅動電機三相插接件線束插頭3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(４)拆卸驅動電機控制器正負極高壓線纜(５)使用合適的工具擰松驅動電機控制器散熱出水管卡箍并拔出散熱出水管(６)使用合適的工具擰松驅動電機控制器散熱進水管卡箍并拔出散熱進水管(７)使用絕緣工具(選用棘輪扳手、接桿和６ｍｍ

內六角套筒)拆下驅動電機控制器總成４

顆固定螺栓如圖１-２９所示圖１-２９拆下驅動電機控制器總成４

顆固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(８)取下驅動電機控制器單元總成，并在干凈、干燥的環(huán)境下存放(９)使用電工膠布包裹驅動電機三相插接件線束插頭(１０)使用電工膠布包裹永磁同步電機控制器高壓線束正極端口和負極端口如圖１-３０所示圖１-３０使用電工膠布包裹高壓線束正極端口和負極端口3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１０)拆卸電源分配單元(ＰＤＵ)總成(１)使用絕緣一字螺絲刀拆卸ＰＤＵ的１２Ｖ線束３個固定卡扣如圖１-３１所示注意事項:在使用一字螺絲刀工具時，螺絲刀刀頭需要包裹電工膠布進行作業(yè)(２)取下低壓蓄電池正極端口防護蓋(３)使用絕緣１３ｍｍ扳手擰松ＰＤＵ的１２Ｖ線束固定螺栓(４)拆下低壓蓄電池正極固定螺栓如圖１-３２所示圖１-３１拆卸ＰＤＵ

的１２Ｖ

線束固定卡扣圖１-３２拆下低壓蓄電池正極固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(５)使用絕緣十字螺絲刀拆下ＰＤＵ低壓搭鐵線束固定螺栓(６)使用絕緣一字螺絲刀拆卸低壓接插件控制線束插接器如圖１-３３所示(７)拆卸慢充高壓線束插接器(８)拆卸空調高壓線束插接器如圖１-３４所示圖１-３３拆卸低壓接插件控制線束插接器圖１-３４拆卸空調高壓線束插接器3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(９)拆卸高壓正溫度系數(ＰＴＣ)加熱控制模塊線束插接器如圖１-３５所示(１０)使用絕緣工具(選用棘輪扳手、接桿和Ｔ３０

套筒)拆卸ＰＤＵ

動力蓄電池組高壓線束固定螺栓，并取出動力蓄電池組高壓線束(１１)選用棘輪扳手、接桿和Ｔ３０套筒拆卸ＰＤＵ電機控制器高壓線束固定螺栓并取出電機控制器高壓線(１２)選用棘輪扳手、接桿和Ｔ３０套筒拆卸快充高壓線束固定螺栓(圖１-３６)并取出快速充電高壓線束圖１-３５拆卸高壓ＰＴＣ

加熱控制模塊線束插接器圖１-３６拆卸快充高壓線束固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(１３)使用電工膠布包裹快速充電高壓線束插接器、空調泵高壓線束插接器、永磁同步電機控制器高壓線束插接器、動力蓄電池組高壓線束插接器(１４)使用電工膠布包裹ＰＤＵ

快充接頭、ＰＤＵ

電動壓縮機接頭、ＰＤＵ

驅動電機控制器線纜接頭、ＰＤＵ動力蓄電池線纜頭(１５)使用魚嘴鉗脫開ＰＤＵ進水管卡箍并取下ＰＤＵ進水管(１６)使用魚嘴鉗脫開ＰＤＵ出水管并取下ＰＤＵ出水管(１７)選用棘輪扳手、接桿和１３ｍｍ套筒拆卸４顆ＰＤＵ總成固定螺栓(１８)兩名維修人員協作取下ＰＤＵ總成，并在干凈、干燥環(huán)境下存放3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１１)拆卸低壓蓄電池總成(１)選用棘輪扳手、１０ｍｍ套筒拆卸低壓蓄電池正極線束端口固定螺栓(圖１-３７)并取下正極線束(２)選用棘輪扳手、接桿和１０ｍｍ套筒拆卸低壓蓄電池總成固定螺栓(３)取下固定壓塊和蓄電池總成(４)使用一字螺絲刀拆卸蓄電池正極１２Ｖ線束兩個固定卡扣(５)選用棘輪扳手、接桿和１３ｍｍ套筒拆卸低壓蓄電池托架６顆固定螺栓并取出電池托架圖１-３７拆卸快充高壓線線束固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１２)拆卸托架總成(１)使用一字螺絲刀拆卸低壓線束１０個固定卡扣(２)選用棘輪扳手、接桿和１２ｍｍ套筒拆卸托架總成４顆固定螺栓(３)兩名維修人員協作取下托架總成(４)選用棘輪扳手、接桿和１８ｍｍ套筒擰松驅動電機機腳膠１顆固定螺栓如圖１-３８所示(５)選用棘輪扳手、接桿和１５ｍｍ套筒擰松齒輪箱機腳膠２顆固定螺栓如圖１-３９所示圖１-３９擰松驅動電機機腳膠固定螺栓圖１-３８擰松驅動電機機腳膠固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知２.

純電動汽車驅動電機總成安裝１)安裝驅動電機總成(１)將驅動電機總成安裝到車架上(２)使用彎桿、直桿、１５ｍｍ套筒安裝齒輪箱機腳膠２顆固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:(４５±５)Ｎ ｍ[教學需要:(４５±５)Ｎ ｍ](３)使用彎桿、直桿、１３ｍｍ套筒安裝齒輪箱機腳膠１顆固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:３０Ｎ ｍ(教學需要:３０Ｎ ｍ)(４)使用彎桿、直桿、１８ｍｍ

套筒安裝驅動電機機腳膠１

顆固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:(６５

±５)Ｎ ｍ[教學需要:(６５±５)Ｎ ｍ]3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知２)安裝托架總成(１)兩名維修人員協作安裝托架總成如圖１-４０所示(２)使用棘輪扳手、接桿和１２ｍｍ套筒安裝４顆固定并緊固標準擰緊力矩:２５Ｎ ｍ(教學需要:２５Ｎ ｍ)(３)安裝低壓線束固定卡扣３)安裝輔助蓄電池總成(１)安裝輔助蓄電池托架如圖１-４１所示圖１-４１安裝輔助蓄電池托架圖１-４０安裝托架總成3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(２)使用棘輪扳手、接桿和１３ｍｍ套筒安裝電池托架６顆固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:１５Ｎ ｍ(教學需要:１５Ｎ ｍ)(３)安裝蓄電池總成(４)安裝固定壓塊(５)使用棘輪扳手、接桿和１０ｍｍ套筒安裝固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:１５Ｎ ｍ(教學需要:１５Ｎ ｍ)(６)安裝正極線(７)使用棘輪扳手、１０ｍｍ套筒安裝低壓蓄電池正極線束端口固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:１０Ｎ ｍ(教學需要:１０Ｎ ｍ)3

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任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知４)安裝ＰＤＵ總成(１)兩名維修人員協作將ＰＤＵ總成安裝到車上(２)選用接桿和１３ｍｍ套筒安裝ＰＤＵ總成４顆固定螺栓?

并緊固ＰＤＵ總成４顆固定螺栓如圖１-４２所示，標準擰緊力矩:２０Ｎ ｍ(教學需要:２０Ｎ ｍ)(３)安裝ＰＤＵ總成出水管(４)使用魚嘴鉗安裝卡箍并確認安裝到位(５)安裝ＰＤＵ總成進水管(６)使用魚嘴鉗安裝卡箍并確認安裝到位(７)安裝ＰＤＵ慢充高壓線插接器注意事項:在維修新能源汽車中所有黃色高壓線都有高壓互鎖裝置需互鎖到位(８)安裝低壓接插件控制線束端口(９)安裝ＰＴＣ加熱控制模塊線束插接器(１０)安裝驅動電機控制器高壓線纜圖１-４２安裝ＰＤＵ

總成４

顆固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(１１)使用絕緣工具(接桿和Ｔ３０套筒)安裝電機控制器高壓線接頭固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:６Ｎ ｍ(１２)安裝ＰＤＵ動力蓄電池高壓線纜(１３)使用絕緣工具(接桿和Ｔ３０套筒)安裝動力蓄電池高壓線纜固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:６Ｎ ｍ(１４)安裝快速充電高壓線線纜(１５)使用絕緣工具(棘輪扳手、接桿和Ｔ３０套筒)安裝快速充電高壓線線纜固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:６Ｎ ｍ(１６)安裝電動壓縮機高壓線纜插接器(１７)使用絕緣工具(絕緣十字螺絲刀工具)安裝ＰＤＵ總成低壓搭鐵線束固定螺栓并緊固標準擰緊力矩:５Ｎ ｍ(１８)安裝ＰＤＵ的１２Ｖ線束卡扣3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(１９)使用絕緣工具(１３ｍｍ開口扳手)安裝ＰＤＵ低壓蓄電池正極線束固定螺栓并緊固如圖１-４３所示標準擰緊力矩:６Ｎ ｍ(２０)清除防護膠帶５)安裝驅動電機控制器總成(１)選用絕緣工具(接桿和６ｍｍ內六角套筒)安裝驅動電機控制器總成４顆固定螺栓(２)選用絕緣工具(棘扳手、接桿和６ｍｍ內六角套筒)緊固固定螺栓標準擰緊力矩:１５Ｎ ｍ圖１-４３安裝ＰＤＵ

低壓蓄電池正極線束固定螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(３)安裝驅動電機控制器散熱出水管并使用合適的工具緊固驅動電機控制器散熱出水管卡箍，標準擰緊力矩:４Ｎ ｍ(４)檢查永磁同步電機控制器散熱出水管是否安裝到位(５)安裝驅動電機控制器散熱進水管并使用合適的工具緊固驅動電機控制器散熱進水管卡箍如圖１-４４

所示，標準擰緊力矩:４Ｎ ｍ圖１-４４緊固驅動電機控制器散熱進水管卡箍3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(６)檢查永磁同步電機控制器散熱進水管是否安裝到位(７)安裝驅動電機控制器連接線束:將高壓驅動電機模塊線束互鎖端口鎖緊并檢查是否固定到位注意事項:在維修新能源汽車時所有黃色高壓線都有高壓互鎖裝置需互鎖到位(８)安裝驅動電機控制器正負極高壓線束:將正極端口和負極端口互鎖端口鎖緊并檢查是否固定到位(９)安裝永磁同步電機控制器低壓線束端口并安裝到位(１０)將汽車舉升至一定高度６)安裝左前半軸總成(１)安裝左前半軸?

并確保到位(２)取下羊角固定螺栓安裝與羊角連接處的左前半軸花鍵(３)安裝兩顆羊角固定螺栓和螺母:選用棘輪扳手、梅花開口扳手、接桿、１８ｍｍ

套筒，預緊固定螺栓后使用定扭力扳手，擰緊固定螺栓，標準擰緊力矩:(６０±５)Ｎ ｍ(４)安裝ＡＢＳ輪速傳感器固定線束(５)安裝左前輪制動液管固定螺栓:選用棘輪扳手、接桿、１０ｍｍ套筒緊固固定螺栓標準擰緊力矩:１０Ｎ ｍ(６)安裝左前半軸固定螺栓:選用彎桿、３２ｍｍ套筒緊固固定螺栓，標準擰緊力矩:(１２０±５)Ｎ ｍ(７)使用一字螺絲刀鉚住半軸螺栓口3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知７)安裝右前半軸總成(１)安裝右前半軸并確保到位(２)取下羊角固定螺栓安裝與羊角連接處的右前半軸花鍵(３)安裝兩顆羊角固定螺栓和螺母:選用棘輪扳手、梅花開口扳手、接桿、１８ｍｍ

套筒，預緊固定螺栓后使用定扭力扳手，擰緊固定螺栓，標準擰緊力矩:(60±５)Ｎ ｍ(４)安裝ＡＢＳ輪速傳感器固定線束(５)安裝右前輪制動液管固定螺栓:選用棘輪扳手、接桿、１０ｍｍ套筒緊固固定螺栓標準擰緊力矩:10Ｎ ｍ(６)安裝右前半軸固定螺栓:選用彎桿、３２ｍｍ套筒緊固固定螺栓標準擰緊力矩:(120±５)Ｎ ｍ(７)使用一字螺絲刀，鉚住半軸螺栓3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知８)安裝變速器后扭力支架(１)安裝變速器后扭力支架總成(２)安裝５顆固定螺栓:①選用棘輪扳手、１８ｍｍ套筒預緊變速器后扭力支架１顆固定螺栓后使用定扭力扳手擰緊標準擰緊力矩:６０Ｎ ｍ②選用棘輪扳手、１５ｍｍ套筒預緊變速器后扭力支架２顆固定螺栓后使用定扭力扳手擰緊標準擰緊力矩:４５Ｎ ｍ③選用棘輪扳手、１３ｍｍ套筒?

預緊變速器后扭力支架２顆固定螺栓后使用定扭力扳手擰緊標準擰緊力矩:３０Ｎ ｍ3

.

任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知９)安裝驅動電機附屬零件(１)安裝驅動電機低壓線束插接器固定卡口如圖１-４５所示(２)安裝驅動電機散熱出水管(３)使用魚嘴鉗安裝驅動電機散熱出水管卡箍如圖１-４６所示圖１-４６安裝驅動電機散熱出水管卡箍圖１-４５安裝驅動電機低壓線束插接器固定卡3

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任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１０)安裝動力蓄電池高壓線束插接器(１)安裝動力蓄電池高壓線束插接器并將動力蓄電池高壓線束互鎖端口鎖緊如圖１-４７所示注意事項:在維修新能源汽車中所有黃色高壓線都有高壓互鎖裝置須互鎖到位(２)檢查動力蓄電池高壓線束是否插接到位(３)安裝動力蓄電池低壓控制線束如圖１-４８所示(４)旋緊動力蓄電池低壓控制線束插接器(５)檢查動力蓄電池低壓控制線束是否插接到位圖１-４８安裝動力蓄電池低壓控制線束圖１-４７安裝動力蓄電池高壓線束插接器3

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任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１１)齒輪箱油的加注(１)使用Ｍ１０內六角扳手拆下齒輪箱油液面螺栓(２)使用Ｍ１０內六角扳手拆下齒輪箱加油螺栓(３)從齒輪箱加油螺栓口處加注齒輪箱油如圖１-４９所示(４)待齒輪箱油從齒輪箱液面螺栓口處溢出說明齒輪箱油已達到規(guī)定的容量(５)用手安裝齒輪箱液面螺栓(６)使用Ｍ１０內六角扳手工具緊固齒輪箱觀察加油螺栓標準擰緊力矩:１２.

５Ｎ ｍ(７)用手安裝齒輪箱加注螺栓(８)使用Ｍ１０內六角扳手工具緊固齒輪箱加注螺栓如圖１-５０所示標準擰緊力矩:１２.

５Ｎ ｍ圖１-５０緊固齒輪箱加注螺栓圖１-４９加注齒輪箱油3

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任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知１２)安裝輪胎(１)安裝右前輪胎至合適位置如圖１-５１所示(２)安裝右前輪４顆固定螺栓(３)使用彎桿配合２１ｍｍ套筒預緊右前輪４顆固定螺栓(４)安裝左前輪胎至合適位置(５)安裝左前輪４顆固定螺栓(６)使用彎桿配合２１ｍｍ套筒預緊左前輪４顆固定螺栓圖１-５１安裝右前輪胎至合適位置3

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任

務

實

施任務一

新能源汽車驅動電機的認知(７)將車輛下降至一定高度(８)使用定扭力扳手、接桿、２１ｍｍ套筒擰緊右前輪胎螺栓，標準擰緊力矩:６０Ｎ

ｍ(９)使用定扭力扳手、接桿、２１ｍｍ套筒擰緊左前輪胎螺栓，標準擰緊力矩:６０Ｎ

ｍ１３)冷卻液的添加(１)降下車輛打開水箱冷卻液加注蓋(２)添加冷卻液至ＭＡＸ刻度線和ＭＩＮ刻度線之間(３)擰緊水箱冷卻液加注蓋(４)打開點火開關?

使冷卻液進入循環(huán)狀態(tài)３.

７Ｓ規(guī)范操作根據７Ｓ規(guī)范執(zhí)行1

.

任

務

描

述永磁同步電機有著能量密度高、效率高、體積小、慣性低、響應快、控制精度高、轉矩密度高、噪聲低等優(yōu)點，在電動汽車特別是高檔電動汽車驅動方面具有很高的應用價值，是最具競爭力的電動汽車驅動電機之一。目前永磁同步電機是在電動汽車上運用最多的一種驅動電機，了解永磁同步電機的組成結構、工作原理、電機特性及拆卸安裝步驟至關重要。任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的類型2

.

知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知永磁無刷直流電機永磁直流電機永磁有刷直流電機永磁交流電機? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知永磁同步電機是利用永磁體建立勵磁磁場的同步電機，其定子產生旋轉磁場轉子，用永磁材料制成。同步電機實現能量轉換需要一個直流磁場，產生這個磁場的直流電流稱為電機的勵磁電流。永磁同步電機的分類方式有很多，按工作主磁場方向的不同，可分為徑向磁場式和軸向磁場式兩種類型，按電樞繞組位置的不同，可分為內轉子式(常規(guī)式)和外轉子式兩種類型，按轉子上有無起動繞組，可分為無起動繞組的電機(一般用于變頻器供電的場合，常稱為調速永磁同步電機)和有起動繞組的電機(既可用于調速運行，又可在某一頻率和電壓下利用起動繞組所產生的異步轉矩起動，常稱為異步起動永磁同步電機)，按供電電流波形的不同?

可分為矩形波永磁同步電機和正弦波永磁同步電機(簡稱永磁同步電機)，按勵磁電流的供給方式的不同，可分為他勵電機和自勵電機，按供電頻率的不同，可分為永磁直流電機和永磁交流電機。? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知１.

永磁直流電機永磁直流電機按照有無電刷可分為永磁無刷直流電機和永磁有刷直流電機，永磁直流電機是用永磁體建立磁場的一種直流電機，永磁直流電機廣泛應用于各種便攜式的電子設備或器具中，如錄音機、ＶＣＤ(影音光碟)機、電唱機、電動按摩器及各種玩具，也廣泛應用于汽車、摩托車、干手器、電動自行車、蓄電池車、船舶、航空、機械等領域，在一些高精尖產品中也有廣泛應用，如錄像機、復印機、照相機、手機、精密機床、銀行點鈔機、捆鈔機等。? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知１)永磁無刷直流電機永磁無刷直流電機是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流電機其性能與恒定勵磁電流的他勵直流電機相似，可以由改變電樞電壓來方便地進行調速，與他勵式直流電機相比，永磁無刷直流電機具有體積小、效率高、結構簡單、用銅量少等優(yōu)點，是小功率直流電機的主要類型。? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知１)永磁無刷直流電機根據所用的永磁材料不同，永磁無刷直流電機分為鋁鎳鈷永磁直流電機、鐵氧體永磁直流電機和稀土永磁直流電機。鋁鎳鈷永磁無刷直流電機需要消耗大量的貴重金屬，價格較高，但對高溫的適應性好。用于環(huán)境溫度較高或對電機溫度穩(wěn)定性要求較高的場合，鐵氧體永磁無刷直流電機價格低廉，且性能良好，廣泛用于家用電器、汽車、玩具、電動工具等領域，用稀土永磁材料作磁極制成的稀土永磁無刷直流電機，體積小且性能更好，但價格昂貴，主要用于航天、計算機、井下儀器等，但近些年出現了新一代稀土永磁直流電機———釹鐵硼永磁無刷直流電機，由于我國擁有世界釹礦資源８０％以上的蘊藏量，因此在價格上具有得天獨厚的優(yōu)勢，高性能釹鐵硼永磁材料性價比大幅提升，使質優(yōu)、價廉的釹鐵硼永磁直流電機在產業(yè)化過程中得到了廣泛的應用，同時也促進永磁無刷直流電機的性能與結構迅速提升。? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知２)永磁有刷直流電機有刷電機的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進入電樞繞組，產生電樞電流，電樞電流產生的磁場與主磁場相互作用產生電磁轉矩，使電機旋轉帶動負載，由于電刷和換向器的存在，有刷電機的結構復雜，可靠性差，故障多，維護工作量大，壽命短，換向火花易產生電磁干擾。? 永磁同步電機的類型2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知２.

永磁交流電機由于永磁交流電機沒有電刷和集電環(huán)，因此也可稱為永磁無刷電機。輸入永磁同步交流電機的是交流正弦或者近似正弦波，采用連續(xù)轉子位置反饋信號來控制換向，三相永磁同步交流電機具有定子三相分布的繞組和永磁轉子，在磁路結構和繞組分布上保證反電動勢波形為正弦波，為了進行磁場定向控制，輸入定子的電壓和電流也為正弦波。永磁同步電機具有高效、高控制精度、高轉矩密度、良好的轉矩平穩(wěn)性及低振動噪聲的特點。在電動汽車驅動方面具有很高的應用價值，受到國內外電動汽車界的高度重視，是最具競爭力的電動汽車驅動電機系統(tǒng)之一。永磁同步電機分為正弦波驅動電流的永磁同步電機和方波驅動電流的永磁同步電機主要由定子和轉子兩大部分構成2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構圖

１-５２

永磁同步電機的結構2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構１)永磁同步電機的定子永磁同步電機的定子與普通電機基本相同，由電樞鐵芯和電樞繞組構成如圖１-５３

所示。電樞鐵芯一般采用０.

５ｍｍ

硅鋼沖片疊壓而成，對于具有高效率指標或頻率較高的電機，為了減少鐵耗，可以考慮使用０.

３５ｍｍ

的低損耗冷軋無取向硅鋼片?

電樞繞組則普遍采用分布、短距繞組，對于極數較多的電機，則普遍采用分數槽繞組，需要進一步改善電動勢波形時，也可以考慮采用正弦繞組或其他繞組。圖

１-５３

永磁同步電機的定子結構2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構２)永磁同步電機的轉子永磁同步電機的轉子主要由永磁體、轉子鐵芯和轉軸等構成，如圖１-５４

所示，其中永磁體主要采用鐵氧體永磁和釹鐵硼永磁材料，轉子鐵芯可根據磁極結構的不同，選用實心鋼或采用鋼板或硅鋼片沖制后疊壓而成。圖

１-５４

永磁同步電機的轉子結構2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構與普通電機相比，永磁同步電機還必須裝有轉子永磁體位置檢測器，用來檢測磁極位置，并以此對電樞電流進行控制，達到對永磁同步電機驅動控制的目的。按照永磁體在轉子上位置的不同，永磁同步電機的磁路結構可分為表面式和內置式兩種，表面式轉子磁路結構中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉子鐵芯的外表面上，永磁體提供磁通的方向為徑向，表面式轉子磁路結構又分為凸出式和嵌入式兩種，

對采用稀土永磁材料的電機來說，由于永磁材料的相對回復磁導率接近１

，所以表面凸出式轉子在電磁性能上屬于隱極轉子結構，而嵌入式轉子的相鄰兩永磁磁極間有著磁導率很大的鐵磁材料，故在電磁性能上屬于凸極轉子結構，表面凸出式轉子具有結構簡單、制造成本較低、轉動慣量小等優(yōu)點，在矩形波永磁同步電機和恒功率運行范圍不寬的正弦波永磁同步電機中得到了廣泛應用。2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構(１)內置式永磁同步電機(ＳＰＭ)內置式永磁同步電機按永磁體磁化方向可分為徑向式、切向式和混合式，在有阻尼繞組情況下如圖所示，內置式永磁同步電機轉子由于內部嵌入永磁體，導致轉子機械結構上具有凸極特性。內置式永磁同步電機轉子結構示意圖2

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知

識

準

備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構按永磁體磁化方向與轉子旋轉方向的相互關系，內置式轉子結構又可分為徑向式、切向式、Ｕ

形混合式和Ｖ

形徑向式，如圖所示永磁同步電機的轉子結構2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構徑向式轉子結構的永磁同步電機的磁鋼或者放在磁通軸的非對稱位置上，或者同時利用徑向切向充磁的磁鋼以產生高磁通密度，該結構的優(yōu)點是漏磁系數小，轉軸上不需采取隔磁措施，極弧系數易于控制，轉子沖片機械強度高，安裝永磁體后轉子不易變形等，切向式轉子結構的轉子有較大的慣性，漏磁系數較大，制造工藝和成本較徑向式有所增加，其優(yōu)點是一個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯提供，可得到更大的每極磁通，尤其當電機極數較多，徑向式結構不能提供足夠的每極磁通時，這種結構的優(yōu)勢就顯得更為突出，此外，采用該結構的永磁同步電機磁阻轉矩可占到總電磁轉矩的４０％，對提高電機的功率密度和擴展恒功率運行范圍都是很有利的，混合式結構集中了徑向式和切向式的優(yōu)點，但結構和制造工藝都比較復雜?

制造成本也比較高。2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構(２)外置式永磁同步電機(ＩＰＭ)外置式永磁同步電機根據永磁體是否嵌入轉子鐵芯中可以分為面貼式和插入式兩種如圖１-５７所示圖

１-５７

外置式永磁同步電機轉子結構示意圖１-永磁體 ２-轉軸2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構面貼式永磁同步電機的轉子永磁體一般為瓦片形，通過合成膠粘于轉子鐵芯表面，功率稍大的面貼式永磁同步電機中，永磁體與氣隙之間可以通過無緯玻璃絲帶加以捆綁保護，防止永磁體因轉子高速轉動而脫落，插入式永磁同步電機的永磁體嵌入轉子鐵芯中，兩永磁體之間的鐵芯成為鐵磁介質突出的部分，在面貼式永磁同步電機中，由于永磁體的相對磁導率接近真空磁導率(μ＝１.

０)，等效氣隙基本均勻，所以交直軸電感基本相等，是一種隱極式同步電機，插入式永磁同步電機交軸方向上的氣隙比直軸的小，交軸的電感比直軸的大，是一種凸極式永磁同步電機，相對而言，由于永磁體的存在使得面貼式永磁同步電機定子和轉子之間的有效氣隙較大，因而定子的電感較小。2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構外置式永磁同步電機的結構比內置式永磁同步電機簡單，且具有制造容易、成本低等優(yōu)點，因而工業(yè)上應用較多，其中面貼式永磁同步電機轉子結構最為簡單，與插入式相比，它提高了轉子表面的平均磁密，可以得到更大的電磁轉矩，現階段工業(yè)上應用最多的是面貼式永磁同步電機。2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構３)轉子位置傳感器在永磁同步電動機中，通常轉子位置傳感器與電動機軸連在一起，用來隨時測定轉子磁極的位置。為電子換向提供正確的信息，但也有例外，像洗衣機用的ＤＤ(直驅)電機，往往將霍爾傳感器安裝到定子上，永磁體安裝在轉子上，定子轉子這里其實只是個相對的概念。目前永磁同步電機控制系統(tǒng)的位置傳感器有很多種方式，如光電編碼式、磁敏式和電磁式等，在控制精度要求相對較高的場合，采用正弦或余弦旋轉變壓器等位置傳感器，但無論哪種測量方式，其本質都是用來測量轉子位置信息的，只是安裝的體積、方便程度、成本及可靠性要求不同而已。2

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永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的基本結構４)逆變器位置傳感器將轉子的位置信號電平反饋給控制芯片，控制芯片經過電流采樣和數學變換，并根據反饋的位置信息經過閉環(huán)運算，重新按新的ＰＷＭ占空比輸出，來觸發(fā)功率器件(ＩＧＢＴ或ＭＯＳＦＥＴ)，實際上逆變器是自控的，由自身運行來保證電機的轉速和電流輸入頻率同步，并避免振蕩和失步的發(fā)生。? 永磁同步電機的結構和工作原理l 永磁同步電機的工作原理永磁同步電機的驅動電路如圖１-５８所示，定子繞組產生旋轉磁場的機理與感應電機是相同的，其轉子通過永久磁鐵產生磁場，兩個磁場相互作用產生轉矩，定子繞組產生的旋轉磁場，可看作一對旋轉磁極吸引轉子的磁極隨其一起旋轉，永磁同步電機帶負載時，氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞磁動勢共同建立的，電樞磁動勢對氣隙磁場有影響，電樞磁動勢的基波對氣隙磁場的影響稱為電樞反應。圖

１-５８

永磁同步電機驅動電路2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知圖１-５９永磁同步電機工作原理2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l 永磁同步電機的工作原理永磁同步電機的工作原理如圖１-５９所示，圖中θ為功率角，電機的轉子是一個永磁體，Ｎ、Ｓ極沿圓周方向交替排列，定子可以看作一個以速度n0旋轉的磁場，電機運行時，定子存在旋轉磁動勢，轉子像磁針在旋轉磁場中旋轉一樣，隨著定子的旋轉磁場同步旋轉。? 永磁同步電機的結構和工作原理l 永磁同步電機的工作原理2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知永磁同步電機的定子是三相對稱繞組，三相正弦波電壓在定子三相繞組中產生對稱三相正弦波電流，并在氣隙中產生旋轉磁場，當外加負載轉矩以后，轉子磁場軸線將落后定子磁場軸線一個功率角，負載越大，功率角也越大，直到一個極限角度，電機停止運轉，由此可見，同步電機在運行中，轉速必須與頻率嚴格成比例旋轉，否則會失步停轉，因此，同步電機的轉速與旋轉磁場同步，其靜態(tài)誤差為零，在負載擾動下，只是功率角變化，而不引起轉速變化，它的響應時間是實時的。? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的特點及應用2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知ü

結構簡單、運行可靠ü

電機的轉速與電源頻率保持同步ü

具有較強的機械特性,適合在負載轉矩變化較大的工況下運行ü

調速范圍寬ü

功率因數高,定子電流和定子銅耗小,效率高ü

體積小、質量輕、結構多樣化、應用范圍廣ü

運行成本高１)永磁同步電機的優(yōu)點２)永磁同步電機的缺點? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的特點及應用永磁同步電機體積小、質量輕、轉動慣量小、功率密度高(可達1ｋＷ/ｋｇ)，適合應用于電動汽車有限的空間。其轉矩慣量比大、過載能力強，尤其低轉速時輸出轉矩大，適合電動汽車的起動加速，因此永磁同步電機得到國內外電動汽車界的廣泛重視，并在汽車行業(yè)得到了普遍應用，新能源汽車很多采用永磁同步電機驅動，比較典型的是在豐田普銳斯混聯式混合動力電動汽車上的應用。豐田普銳斯電機為交流永磁同步電機采用釹磁鐵(永久磁鐵)轉子。其特點是輸出功率高、低速轉矩特性好。ＴＨＳⅡ的５００Ｖ最高電壓使電機的輸出功率比ＴＨＳ系統(tǒng)(最高電壓為274Ｖ)提高了１.

５倍，即從33ｋＷ提高到50ｋＷ，而電機的尺寸保持不變，它是目前世界上單位質量和體積輸出功率最大的電機。在電機控制方面，中轉速范圍增加全新的過調制控制技術，保留原來的低速和高速控制方法，通過改進脈沖寬度調制方法，中轉速范圍的輸出轉矩比原來的最大值增加約30％。豐田普銳斯發(fā)電機也采用交流永磁同步電機，向高功率電機提供充足的電能，電機高速旋轉，以增大輸出功率，采用增加轉子強度等措施，將最大功率輸出時的轉速從6500ｒ/ｍｉｎ提高到10000ｒ/ｍｉｎ，高轉速明顯地提高了中轉速范圍的電力，改善了低轉速范圍的加速性能。永磁同步電機還用作發(fā)動機的起動機，起動時電機(起動機)驅動分配裝置的太陽輪帶動發(fā)動機旋轉。2

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永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的特點及應用2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知永磁同步電機的運行特性主要包括機械特性和工作特性，永磁同步電機穩(wěn)態(tài)正常運行時，轉速始終保持同步不變，因此其機械特性為平行于橫軸的直線，調節(jié)電源頻率來調節(jié)電機轉速時，轉速將嚴格地與頻率成正比變化如圖所示。永磁同步電機的工作特性是指當電源電壓恒定時電動機的輸入功率Ｐ１、電樞電流Ｉａ、效率η、功率因數ｃｏｓφ

等隨輸出功率變化的關系如圖所示，在正常工作范圍內，永磁同步電動機的功率因數比較平穩(wěn)，效率特性也能保持較高的水平，電機的輸入功率和電樞電流近似與輸出功率成正比。永磁同步電機的機械特性永磁同步電機的工作特性３)永磁同步電機的運行特性2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的特點及應用４)永磁同步電機的應用比亞迪Ｅ６是比亞迪自主研發(fā)的一款純電動跨界型車，該車的長、寬、高尺寸分別為４５５４ｍｍ、１８２２ｍｍ、１６３０ｍｍ，軸距達到２８３０ｍｍ，比亞迪Ｅ６采用了自主研發(fā)的鐵電池，同時裝配了終身免維護的永磁電機，Ｅ６電機控制器如圖所示，電機最大功率達到９０ｋＷ，最大功率轉速為２５０ｒ/ｍｉｎ，最大轉矩為４５０Ｎ

ｍ最大續(xù)駛里程為３５０ｋｍ。比亞迪

Ｅ６

電機控制器? 永磁同步電機的結構和工作原理l

永磁同步電機的特點及應用2

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永磁同步電機的結構認知寶馬

ｉ３

純電動汽車電機４)永磁同步電機的應用寶馬ｉ３純電動汽車是寶馬公司的第一款綜合了環(huán)保技術及功能性創(chuàng)新的量產純電動汽車，并榮獲2014年度世界環(huán)保車型大獎和2014年度世界汽車設計大獎，該車采用后置后驅的布置形式，永磁同步電機位于后橋后方，最大輸出功率為１２５ｋＷ，最大輸出轉矩為２５０Ｎ

ｍ，搭載了一套２２ｋＷ

ｈ的鋰離子電池，從０到１００ｋｍ/ｈ的加速時間為７.

２ｓ，最高車速為１５０ｋｍ/ｈ，在一次充滿電的情況下，續(xù)駛里程為１３０~１６０ｋｍ，寶馬ｉ３純電動汽車電機如圖所示。? 永磁同步電機的性能特點2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知永磁同步電機的功率因數大、效率高、功率密度大，是一種比較理想的驅動電機，但由于電磁結構中轉子勵磁不能隨意改變，導致電機弱磁困難，調速特性不如直流電機。目前永磁同步電機理論還不如直流電機和異步電機完善，還有許多問題需要進一步研究，主要有以下兩個方面。? 永磁同步電機的性能特點2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知(１)電機效率永磁同步電機低速效率較低，如何通過設計降低低速損耗，減小低速額定電流是目前研究的熱點之一。(２)電機的弱磁能力永磁同步電機由于轉子是永磁體勵磁，隨著轉速的升高，電機電壓會逐漸達到逆變器所能輸出的電壓極限，這時若想繼續(xù)升高轉速，只有靠調節(jié)定子電流的大小和相位、增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉速，電機的弱磁能力大小主要與直軸電抗、反電動勢大小有關，但永磁體串聯在直軸磁路中，所以直軸磁路一般磁阻較大，弱磁能力較小，電機反電動勢較大時，也會降低電機的最高轉速。? 永磁同步電機的性能特點2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知由于永磁電機的轉子上無繞組、無銅耗、磁通量小，在低負荷時鐵損很小，因此永磁電機具有較高的功率質量比，相比其他類型的電機有更高的效率、更大的輸出轉矩。轉子電磁時間常數較小，電機的動態(tài)特性好，電機的極限轉速和制動性能等都優(yōu)于其他類型的電機，永磁電機的定子繞組是主要的發(fā)熱源，其冷卻系統(tǒng)相對比較簡單。由于永磁電機的磁場產生恒定的磁通量，隨著電流的增加，電機的轉矩與電流成正比增加，因此基本上擁有最大的轉矩，隨著電機轉速的增加，電機功率也增加，同時電壓也隨之增加，在電動汽車上，一般要求電機輸出功率保持恒功率，即電機輸出功率不隨轉速增加而變化，這就要求在電機轉速增加時，電壓保持恒定。? 永磁同步電機的性能特點2

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備任務二

永磁同步電機的結構認知一般電機可以用調節(jié)勵磁電流來控制，但永磁電機磁場的磁通量調節(jié)比較困難，因此需要采用磁場控制技術來實現，這使永磁電機的控制系統(tǒng)變得更復雜，且增加了成本，永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，可能會使得永磁材料的導磁性能下降或發(fā)生退磁現象，這會降低永磁電機的性能，嚴重時還會損壞電機，在使用中必須嚴格控制其不發(fā)生過載，永磁電機在恒功率模式下，操縱較為復雜，永磁電機和三相異步電機同樣需要一套復雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁電機控制系統(tǒng)的造價也很高，最新研制和開發(fā)的混合勵磁永磁同步電機的控制性能得到很大的改進。? 永磁同步電機的性能特點永磁同步電機的驅動特性如圖所示，可以看出永磁無刷同步電機的恒轉矩區(qū)比較長，一直延伸到